化工炭素材料研究室
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体相结构重组——构筑碳包覆非晶钴铁羟基氧化物实现高效电催化
2020-09-14 08:56  


转自MaterialsViews,原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/xMBpHeRTDN39dHGkjhdR5w

    相较于传统晶态材料,非晶态材料具有较无序的原子排列结构以及丰富的活性位点,展现出更优异的电催化性能。利用电化学氧化诱导结构重组是构筑非晶态材料的有效途径之一。但目前基于该策略所构筑的非晶结构仅限于材料的表面/近表面,其内部结构仍为晶态,使得材料内部活性位点无法得到充分利用。如何实现材料的晶态结构由表面至体相的非晶态转变是近年来国内外学术界高度关注的研究难点和热点。

    针对上述问题,大连理工大学炭素材料研究室邱介山教授,于畅教授团队联合成均馆大学Ho Seok Park(朴皓錫)教授,基于前期的研究工作(交变电场诱导相转变可控制备碳基羟基氧化钴—Adv Mater, 2019, 12, 1901241;基于电化学驱动结构自优化,可控构筑富缺陷碳基氧化钴材料—Nano Energy, 2019, 58, 778),提出一种磷物种促进的深度电化学氧化策略构筑碳包覆非晶钴铁羟基氧化物,并对晶相的转变过程进行了详尽的研究。作者以碳骨架包覆的钴铁磷化物为预催化剂,采用原位电氧化方法,基于磷组分的浸析作用,将晶态钴铁磷化物转变为全体相非晶态钴铁羟基氧化物,实现了催化活性位数量的显著提升。协同所包覆碳骨架导电层,助推非晶态材料之催化活性和性能的提升。系统性的半原位分析发现,非晶态结构的演变对磷物种浸析具有超强“依赖”,高表面能空位和缺陷位会在磷浸析过程中形成,驱使残留物种发生结构重组,并在电氧化条件下进一步氧化,形成具有非晶态结构的钴铁羟基氧化物。随着电氧化驱动磷浸析持续进行,非晶构型逐渐由表层深入至体相,最终形成全体相非晶态结构。以电催化析氧反应作为模型应用,在碱性条件下,碳骨架包覆的非晶钴铁羟基氧化物展现出明显优于晶态材料的催化活性和稳定性。

       该工作的学术思路和技术方法,对今后非晶态材料的构筑提供了创新的设计思路,并对其他材料之结构的设计和优化亦有一定的借鉴意义。相关工作以全文形式发表于Small MethodsDOI:10.1002/smtd.202000546

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