近日,暨南大学金彦烁、孟辉教授与加拿大西安大略大学孙学良教授课题组在国际著名期刊Advanced Energy Materials(影响因子:25.245)上发表题为“Phase-separated Mo-Ni alloy for hydrogen oxidation and evolution reactions with high activity and enhanced stability”的学术论文。本文介绍了一种相分离的钼镍合金,由相分离的金属Mo相和金属Ni相构成(PS-MoNi)。PS-MoNi在宽电化学窗口下显示出优异的析氢及氢氧化反应活性。此外,非晶相分离的钼镍合金(PS-MoNi)比金属间化合物钼镍合金(IC-MoNi)更具结构稳定性和电化学稳定性,PS-MoNi的氧化击穿电位达到了0.32 V,远高于报道的IC-MoNi。同步辐射测试和密度泛函理论(DFT)计算表明,在PS-MoNi中,电子从金属钼转移到镍,导致钼表面氢吸附自由能(ΔGH*)的优化,从而实现了高效的氢反应。这意味着通过嵌入镍金属纳米粒子对钼金属的电子密度调控可以产生优异的HOR和HER性能。
本文要点
要点一:利用同步辐射技术表征金属相Mo的存在形式,并结合电荷密度理论计算证实钼金属失去电子的现象。图一. (a)PS-MoNi,Mo金属和MoO2的Mo K边缘X射线近边吸收光谱 。(b)PS-MoNi,Mo金属和MoO2的Mo K边缘扩展的X射线吸收精细结构谱图。(c)PS-MoNi,Mo金属和MoO2的Mo K边缘放大的X射线近边吸收光谱。(d-f)对PS-MoNi,Mo 金属和MoO2的Mo K边缘扩展的X射线吸收精细结构信号进行小波变换。(g)PS-MoNi和Mo金属的Mo K边缘扩展的X射线吸收精细结构谱图的一阶导数。(h)PS-MoNi和Mo金属的电子密度。要点二:利用同步辐射技术表征金属相Ni的存在形式,利用透射电镜展示材料的非晶态形貌。图二. (a)PS-MoNi,Ni金属和NiO的Ni K边缘X射线近边吸收光谱 。(b)PS-MoNi,Ni金属和NiO的Ni K边缘扩展的X射线吸收精细结构谱图。(c)PS-MoNi的高分辨透射电镜。(d-f)对PS-MoNi,Ni金属和NiO的Ni K边缘扩展的X射线吸收精细结构信号进行小波变换。要点三:结合理论计算说明电荷转移对Mo活性位点氢吸附能的优化,展示PS-MoNi优异的析氢活性与稳定性。图三. (a)PS-MoNi的结构优化模型。(b)氢在Mo金属,Ni金属和PS-MoNi上的吸附自由能(ΔGH *)。(c)在25℃、1 M KOH溶液中,扫描速率为1 mV s-1,测得PS-MoNi@NF、IC-MoNi@NF、Ni@NF、NF和Pt/C@NF析氢反应的LSV曲线。(d)1 M KOH溶液中PS-MoNi@NF析氢反应的计时电压曲线。要点四:展示PS-MoNi的高氧化击穿电位以及优异的氢氧化活性与稳定性。图四. (a)在25℃、0.1 M KOH溶液中,扫描率为1 mV s-1, PS-MoNi@NF、IC-MoNi@NF、Ni@NF、NF的LSV曲线。(b)分别在H2饱和与Ar饱和的0.1 M KOH中记录的PS-MoNi@NF的稳态极化曲线。(c)在H2饱和的0.1 M KOH溶液中记录的PS-MoNi@ NF,IC-MoNi@NF,Ni@NF,NF和Pt/C@NF的稳态极化曲线。(d)恒电位0.1V时PS-MoNi@NF和IC-MoNi@NF氢氧化反应的计时电流曲线。
Phase‐Separated Mo–Ni Alloy for Hydrogen Oxidation and Evolution Reactions with High Activity and Enhanced Stabilityhttps://doi.org/10.1002/aenm.202003511
通讯作者介绍
金彦烁,2018年作为引进人才加入暨南大学,以第一作者或通讯作者在Advanced Materials,Advanced Energy Materials,ACS Energy Letters,ACS Catalysis等国际权威杂志上发表论文。指导本科生以第一作者发表一区论文4篇,并获得 “挑战杯”广东省赛三等奖和暨南大学校赛一等奖、广东省材料创新大赛无机非金属材料赛区一等奖和总决赛二等奖等奖项。孟辉,暨南大学理工学院教授。中山大学材料物理与化学专业博士。先后在加拿大国家科学研究院、美国布鲁克海文国家实验室从事研究工作。先后任教于华南理工大学和中山大学。获得2013年国家自然科学奖二等奖、2011年广东省自然科学奖一等奖、2013年广州市珠江科技新星、2014年暨南杰青、2016年中国分析测试协会科学技术奖一等奖。主要研究方向包括:新能源与环保材料和器件。孙学良教授,加拿大皇家科学院院士,加拿大工程院院士,加拿大纳米能源材料首席科学家(Tier I),加拿大西安大略大学终身教授。孙教授于1999年在英国曼彻斯特大学获得博士学位,1999-2001于加拿大哥伦比亚大学从事博士后研究,2001-2004在魁北克科学与工程研究院从事助理研究员工作;现任国际能源科学院的副主席,Electrochemical Energy Review(EER)的主编和Frontier of Energy Storage的副主编。