高能态纳米非晶合金,助力电催化性能提升

2022-05-05
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松山湖材料实验室绿色非晶孙保安研究员团队联合南京理工大学冯涛教授团队、中科院物理所团队设计出一种具有高能量状态的纳米结构非晶合金(Ni-P NG)催化剂。利用纳米结构非晶合金中界面引入的结构不均匀特征,大幅提升了非晶合金的能量状态,从而带来更高效的催化性能。

非晶合金(MG,又称金属玻璃)是一类新型的多组元合金材料,具有复杂无序的原子结构。和传统的晶体材料相比,非晶合金表现出许多优异的力学、物理和化学特性,成为材料科学和凝聚态物理领域研究的热点。由于非晶合金无序结构中具有丰富的低配位活性位点和高吉布斯自由能,成为电化学催化剂家族中极具潜力和竞争力的新候选材料。目前非晶合金在析氢、氧化以及偶氮染料降解反应中的催化性能均已有研究报道。然而,非晶态的无序结构在原子/纳米尺度上没有明显的结构特征。如何在原子/纳米尺度对非晶合金进行结构设计调控从而使其催化性能提升仍然是一个巨大的挑战。

针对以上关键科学问题,松山湖材料实验室团队联合其他合作者经过深入研究,设计出一种具有高能量状态的纳米结构非晶合金(Ni-P NG)催化剂。该项研究具有以下亮点:(1)通过脉冲电沉积法制备的Ni-P NG具有高度的结构非均匀性特点,使得Ni-P NG具有极高的能量状态; (2)具有高的能量状态的纳米结构非晶合金显著提高了其催化性能;(3)此外,具有非均匀性结构的Ni-P NG是制备独特的蜂窝状纳米孔结构的理想前驱体,在尿素氧化反应(UOR)中表现出优异的催化性能,具体表现为在10 mA/cm2的电流密度下,改性的Ni-P NG的电势仅为1.36 V, Tafel斜率为13 mV/dec,这是Ni基合金中UOR性能最好的新型材料。

本研究采用纳米结构化概念为合成超高能量非晶合金材料提供了一种简便、通用的方法,为高效催化材料的进一步研究提供了新思路。由NG内部结构缺陷与纳米孔结构的形成相结合带来的高催化活性,为清洁能源领域提供了新的应用。

南京理工大学-松山湖材料实验室联合培养博士生裴超群为本文的第一作者,松山湖材料实验室/中科院物理所孙保安研究员、南京理工大学冯涛教授、陈双琴讲师为本文通讯作者。

该项目得到国家自然科学基金项目(No. 52101195, No. 51571119, No. 52192602, No. 51520105001, No. 51871120)、中央高校基本科研业务费专项资金(No. 30919011404, No. 30920021156, No. 30916011106)、江苏省自然科学基金项目(No. BK20190480, No. BK20200019)、广东省基础与应用基础研究重大专项(2020B1515120092)、江苏省创新项目、青蓝项目以及江苏省特聘教授项目的大力支持。

 

论文链接:

DOI: 10.1002/adma.202200850

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202200850

Advanced Materials - 2022 - Pei - Nanostructured Metallic Glass in a Highly Upgraded Energy State Contributing to Efficient.pdf

参考文献:

Chaoqun Pei#, Shuangqin Chen#*, et al. Nanostructured Metallic Glass in Highly Upgraded Energy State Contributing to Efficient Catalytic Performance. Advanced Materials, 2022,DOI: 10.1002/adma.202200850

 

 

撰稿:绿色非晶团队