JACS：析氫反應的催化劑 Ni-C-N納米片

【引語】

北京時間10月24日，Journal of the American Chemistry Society上發表了一篇題為“Ni-C-N Nanosheets as Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction”的文章，通訊作者為蘭州大學席聘賢與孫守恒。文中對析氫反應的催化劑Ni?C?N納米片的析氫性質進行了研究。

研究發現，析氫反應催化劑——Ni?C?N納米片具有許多優異的性質，可與貴金屬Pt相媲美，這使得該納米片在解決能源問題等方面有著廣闊的應用前景。

【成果簡介】

該小組以Ni的多金屬氧酸鹽—有機骨架為原料，利用一般氮化作用/聲波降解法/剝落表皮的方法來制備混合Ni?C?N納米片（Ni?C?N NSs），其厚度小于2 nm。作者認為該催化活性的提高源于NiC與Ni₃N的反應，并對該納米片進行表征與催化性質的測試，發現其具有許多不同尋常之處。

該催化劑的不同尋常之處在于：①良好的催化活性：該催化劑能在不同pH的條件下進行催化，如0.5 M H₂SO₄，1.0 M KOH 或者1.0 M PBS (pH = 7)下保持高效催化析氫反應的速率。②穩定性：該催化劑進行70 h的催化過程后沒有發生明顯電流密度下降的現象。③導電性：類似金屬般的導電性質。④實用性：該催化劑能夠代替貴金屬Pt起催化作用，降低了市場成本。

【圖文導讀】

圖1 Ni?C?N納米片的表征（一）

（a）分別是混合Ni?C?N NSs、NiC NSs、Ni₃N NSs的XRD圖像。

（b）Ni?C?N NSs的TEM圖像。插圖為Ni?C?N NSs在水中的丁達爾現象。

（c）Ni?C?N NS特定區域的元素圖像。

（d）Ni?C?N NS特定區域高分辨率TEM圖像。

（e）Ni?C?N NS的AFM圖像。

（f）剝落的Ni?C?N NS 的高度剖面圖。其中的1、2、3分別對應（e）中的1,、2、3號線。

圖2 Ni?C?N納米片的表征（二）

（a）Ni?C?N NSs與Ni?C?N塊體的電阻系數隨溫度的變化曲線。

（b）二者Ni K邊的EXAFS振蕩曲線。

（c）二者相應的傅里葉變換。

（d）Ni?C?N NSs的Ni 2p的XPS譜圖。

（e）Ni?C?N NSs的N 1s的XPS譜圖。

（f）Ni?C?N NSs的C 1s的XPS譜圖。

圖3 不同pH條件下Ni?C?N納米片的析氫測試

（a）分別是Ni?C?N NSs、Ni-POMMOF、NiC NSs、Ni₃N NSs與在 0.5 M H₂SO₄溶液中的Pt/C (20%)關于析氫反應的線性伏安掃描曲線圖（掃描速率為2 mV·s^-1）。

（b）不同催化劑修飾后電極析氫RRDE測量。由環盤電極析出H₂，Pt圓環電極在0.7 V下進行H₂的氧化反應。

（c）0.5 M H2SO4中不同催化劑的Tafel圖。

（d）對初始電勢、Tafel斜率以及過電位（j=10 mA·cm^?2）進行匯總。在Ni?C?N NSs催化下的HER，環境可以為酸性(0.5 M H₂SO₄)、中性（1.0M PBS）或者堿性（1 M KOH）溶液。

（e）恒定電流密度10 mA·cm^?2下Ni?C?N NSs的計時電位滴定曲線。

（f）不同pH條件下的Ni?C?N NSs的TOF。

圖四 ?KSCN對Ni?C?N納米片析氫反應的影響

（a）在0.5 M H2SO4中，存在或不存在KSCN的情況下Ni?C?N NSs的LSV HER曲線。插圖表示Ni中心被SCN^-離子所阻塞。

（b）分別為Ni?C?N NSs、NiC NSs與Ni₃N NSs的Ni 2p的XPS譜圖

【總結】

?文中著重介紹新型析氫反應催化劑——Ni?C?N納米片及其優異的性能，為代替貴金屬Pt作為析氫催化劑并解決能源問題開辟實際可行的路徑。

文獻鏈接：Ni-C-N Nanosheets as Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction （Journal of American Chemistry Society, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b09351)

?本文由納米組材料人pengyuman供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

材料人網尊重所有進行知識傳播的媒體，轉載請聯系tougao@cailiaoren.com。

材料測試，數據分析，上測試谷！