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基于三维树皮状氮掺杂碳建立超薄金属硼酸盐纳米网及其电催化研究
2019-07-24 11:06:13 | 【 【打印】【封闭】

  General Synthesis of Ultrathin Metal Borate Nanomeshes Enabled by 3D Bark-Like N-Doped Carbon for Electrocatalysis 

  Qi Hu, Guomin Li, Zhen Han, Ziyu Wang, Xiaowan Huang, Xiaoyan Chai, Qianling Zhang, Jianhong Liu, Chuanxin He*

  DOI: 10.1002/aenm.201901130

  Ultrathin nanomeshes perfectly inherit the integrated advantages of ultrathin 2D materials and porous nanostructures, which have shown their great application potential in catalysis and electronic devices. Here, the general synthesis of ultrathin metal borate (i.e., Co-Bi, Ni-Bi, and Fe-Bi) nanomeshes is reported by capitalizing on 3D bark-like N-doped carbon (denoted BNC) as nanoreactors. Indeed, this strategy is straightforward, only comprising a one-step reaction between metal cations and sodium borohydride without using templates. Impressively, the water splitting device constructed by Co-Bi based nanomeshes can enable a current density of 10 mA cm?2 at a small cell voltage of 1.53 V.

  在畴昔的十年,建立二维过渡金属纳米片曾经成为制备高效电催化材料的无效手段。特别是仅有原子厚度的超薄纳米片具有较大的比概况积、较高的概况/体积比,使得概况原子达到最大的表露。因而,超薄的纳米片在氧析出反映中遍及具有优异的电催化活性。可是,超薄纳米片的横向质量扩散才能较差,使得其活性难以进一步提高。与之构成明显对比的是,超薄的纳米网状材料不只完满地承继了超薄纳米片的劣势,并且具有法例的多孔布局,能够极大地推动电催化过程中的传质,从而提高纳米片状材料的电催化活性。可是,大大都的过渡金属纳米网材料都是使用硬模板的方式合成,其制备过程比力繁琐。因而,斥地简单、无效的方式来合成超薄的过渡金属纳米网并进一步研究其在电催化反映中的奇异劣势,是很是成心义的。

  比来,深圳大学化学与环境工程学院何传新传讲课题组引见了一种把持三维树皮状氮掺杂碳为纳米反映器来合成超薄金属硼酸盐纳米网的通用方式,并将所制备的金属纳米网用于完全电解水,研究了超薄纳米网在电催化反映中的奇异劣势。 

  经由使用三维树皮状氮掺杂碳为纳米反映器,本文斥地了一种简单且通用的方式来一步合成一系列的超薄金属硼酸盐(如Co-Bi, Ni-Bi, and Fe-Bi)纳米网。比拟力保守制备繁琐、操作复杂的错误谬误,该方式制备时不需要使用任何的模板,只包含一步的金属阳离子与硼氢化钠的反映,极大地简化了制备过程。作为纳米反映器,以荔枝外果皮为原料所制备的树皮状氮掺杂碳具有以下较着的劣势:低成本、树皮状断裂的纹理、三维多孔的纳米布局(比概况积为1915.5 m2g-1),电负性的界面(zeta电位:-43mV)和超亲水性的概况。这些劣势使得该纳米反映器能够大概强无力地吸附金属阳离子,从而无效地节制二维纳米网的生成。所制备的超薄Co-Bi纳米网(厚度仅为2 nm)在氧析出反映中展现出了优异的电催化活性,电流密度为10 mA cm-2的过电势仅为286 mV,远低于贸易RuO2和其它非金属催化剂所需要的过电势。这能够归由于以下几点的协同传染感动:多孔布局表显露更多的活性位点,Co-Bi与氮掺杂碳之间的电子转移提高Co-Bi的本征活性,Co-Bi与氮掺杂碳之间的异质界面加快电催化过程中的电荷传送。在Co-Bi纳米网中掺杂少量的Ru(≈1.1 wt%)之后,所制备的Ru-Co-Bi纳米网具有优异的氢析出活性。更为次要的是,以Co-Bi和Ru-Co-Bi别离为阳极和阴极所建立的完全电解水安装,达到电流密度为10 mA cm-2的电解电压仅为1.53 V,远低于贵金属RuO2//Pt/C电解池所需要的电压(1.61 V)。本文所展现的超薄金属纳米网的设想概念和合成方式简单、无效,很是无望扩展到其它一系列的金属纳米网状材料的合成。相关论文以题为“General Synthesis of Ultrathin Metal Borate Nanomeshes Enabled by 3D Bark‐Like N‐Doped Carbon for Electrocatalysis”颁发在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201901130)上,并被选为封面论文。 

  文章文章地址:MaterialsViews中国

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