image: Schematic illustration and physical characterization of S, N co-doped carbon nanotubes encapsulated core-shell (CoS2@Co) nanoparticles. view more
Credit: ©Science China Press
目前主流的电解水催化剂是贵金属 (Pt, RuO2, IrO2)，其催化活性高，过电势低，催化动力学好，但成本高，循环稳定性差。采用廉价和储量丰富的非贵金属替代稀有的贵金属作为催化剂，实现重要能源的高效转化是当今催化科学和化学化工研究的热点。然而在一些苛刻的反应条件下，非贵金属的稳定性是一个亟待解决的关键科学问题。为了提高过渡金属催化剂的稳定性，可以考虑引入碳层保护，但是传统方法引入的碳层结构与过渡金属化合物的接触并不紧密，易发生腐蚀和脱落。因此，开发一种新型的方法使得过渡金属化合物和碳层结构紧密结合，以提升金属活性粒子的结构稳定性，并确保过渡金属粒子的活性位点能够稳定地显露出来是亟待解决的关键问题。 最近，广州大学刘兆清教授课题组等通过利用过渡金属钴诱导氮掺杂碳纳米管的自生长，进一步硫化以将硫掺杂到碳纳米管框架中并且诱导核壳结构S, N-CNTs/CoS2@Co的形成。对于析氢反应，上述材料仅需112 mV的过电位即可达到10 mA cm–2电流密度；对于产氧反应，仅需340 mV的极低过电位即可获得相同的电流密度。作为阴极和阳极，S, N-CNTs/CoS2@Co可以快速解离水分子以产生氢气和氧气，仅需要1.633 V达到10 mA cm–2的电流密度，并且在不同电流密度下仍然保持高的稳定性。 该研究工作由国家自然科学基金(Grant No. 21576056, 21576057)，广东自然科学基金(Grant No. 2017A030311016)，广东省自然科技研究项目(Grant No. 2016A010103043)，广州自然科技研究项目(Grant No. 201607010232)，广州大学2017届青年拔尖人才培养方案(BJ201704)，澳大利亚研究理事会(ARC)早期职业研究员奖(DE150 101306)和链接项目(LP160100927) 提供支持。
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Jing-Yu Wang, Ting Ouyang, Nan Li, Tianyi Ma, Zhao-Qing Liu. S, N co-doped carbon nanotube-encapsulated core-shelled CoS2@Co nanoparticles: efficient and stable bifunctional catalysts for overall water splitting, Science Bulletin, 2018, DOI: 10.1016/j.scib.2018.07.008.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927318303293
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Science Bulletin