c-Ni3S2/r-Ni3S2同质异相结的原位构筑及电催化析氢性能研究
批准号:
52102365
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王宗鹏
依托单位:
学科分类:
其他无机非金属材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王宗鹏
中文摘要
碱性条件下电解水是大规模制备氢气的有效途径之一。廉价的Ni3S2在碱性条件下表现出良好的析氢性能,但仍存在一些问题:Ni位点对水分子的离解能力不足,S位点对活性氢的吸附能力不足,阻碍其性能进一步提升。界面设计是改善材料电子结构、提高催化活性的重要手段。Ni3S2存在低温菱方相(r-Ni3S2)和高温立方相(c-Ni3S2)。本项目拟在泡沫镍上原位构筑c-Ni3S2/r-Ni3S2同质异相结界面,并在硫位点掺杂硒、碲原子,提高Ni3S2的析氢活性。一方面,本异相结界面的构筑可以降低Ni位点电子密度、减弱Ni离子感受到的晶体场,从而增强Ni位点对水分子的离解能力。另一方面,硒、碲原子掺杂可以抬升S位点外层p轨道,增强与氢s轨道的重叠,提高对活性氢的吸附能力。本项目的实施不仅可以推动Ni3S2在电解水制氢方面的应用,而且可以为新型同质异相结材料的设计提供参考和依据,解决一些共性科学问题。
英文摘要
Electrical water splitting in alkaline is one of the effective ways to produce hydrogen on a large scale. Ni3S2 exhibits high activity for hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline. However, there are still unsolved problems for Ni3S2, which hinders further improvement of its performance. For example, the dissociation capacity of Ni sites for water molecules is insufficient and S sites lack adsorption ability for active hydrogen. Interface design is an important method to improve the electronic structure of materials and increase the catalytic activity. Ni3S2 has a low-temperature rhombohedral phase (r-Ni3S2) and a high-temperature cubic phase (c-Ni3S2). To improve the HER activity of Ni3S2, this project intends to construct the c-Ni3S2/r-Ni3S2 homogeneous phase junction in situ on nickel foam, and dope selenium and tellurium atoms at the sulfur site. On the one hand, the construction of c-Ni3S2/r-Ni3S2 can reduce the electron density of Ni sites and weaken the crystal field felt by Ni ions, thereby enhancing the ability of Ni sites to dissociate water molecules. On the other hand, doping with selenium and tellurium atoms can raise the p-orbital in the outer layer of the S sites, enhance the overlap with the hydrogen s-orbital, and improve the adsorption capacity of active hydrogen. The implementation of this project can not only promote the application of Ni3S2 in the electrolysis of water for hydrogen production, but also provide reference and basis for the design of new phase junction materials, and solve some common scientific problems.
减少化石能源比重、改善能源格局、开发利用可持续清洁能源已成为日益迫切的任务。氢气作为一种绿色能源正在快速崛起。电解水被认为是理想的制取氢气的技术路线之一。开发廉价非贵金属催化剂,是实现氢气低成本规模化生产、发展优质氢能经济的必要条件。位于周期表中d电子区的过渡金属元素,由于存在空余d轨道,容易与电解水过程中产生的活性物种形成强弱适中的结合,适合用作电解水催化剂。.为了寻找更为理想的电解水催化剂,本项目从提高本征活性、增加位点数量出发,综合考虑催化剂的“构效关系”,利用d带中心、新颖量子态、氢溢流效应等手段,并考虑多种催化剂合成策略,制备了一系列5d电子材料,并针对它们的电解水催化活性,包括析氢活性及析氧活性,进行了全方位的表征及测试。发现了多种性能优异的电解水催化材料,包括W-S-Ni3S2、Pt/NiOOH、Ru3Sn7等。.本项目的顺利实施,推动了电解水催化剂的发展,降低电解水的成本,而且可以为新型电解水催化剂的设计提供参考和依据,解决了一些共性科学问题。例如,电子在同质异相结界面如何转移、局域电子性质和晶体场的变化如何影响活性位点的活性、异原子掺杂如何影响目标位点的电子能带等。
层状拓扑半金属 TaTmTe5 的制备及催化性能
探究
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批准号:Y24E020031
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:王宗鹏
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依托单位:
基于石墨烯及磁共振等离激元的表面增强红外光谱数值仿真及理论研究
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批准号:--
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:5万元
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批准年份:2019
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负责人:王宗鹏
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依托单位:
国内基金
海外基金