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構建在大電流密度下長時間工作的穩定電極對於水電解的工業化至關重要。然而,大電流密度下,特別是在長期運行過程中氣泡的快速脫離通常會導致電催化劑的剝離和性能的降低。因此,通過增強電催化劑-載體和減弱電催化劑-氣泡界面力來提高電極的機械穩定性具有重要意義。
基於此,清華大學劉碧錄課題組製備了一種機械穩定的CuMo6S8/Cu電極,其中謝夫爾相CuMo6S8由在泡沫Cu上原位生長的2H相MoS2衍生而來。
實驗結果表明,CuMo6S8/Cu催化劑具有較強的電催化劑-載體結合力和較弱的電催化劑-氣泡結合力。此外,CuMo6S8/Cu催化劑具有良好的電化學性能,其在2500 mA cm-2電流密度下的過電位為334 mV,並且在2500 mA cm-2下穩定工作100 h而沒發生明顯的性能下降。
利用原位紅外光譜,研究人員定量描述了CuMo6S8/Cu催化劑在大電流密度下的力學穩定性。結果表明,CuMo6S8/Cu催化劑上的剝離程度比Pt/C電極小近4倍。
理論計算表明,CuMo6S8具有良好的金屬性能和較高的活性,有效地促進了界面電子輸運和析氫動力學,進而提高了電催化HER活性。綜上,該項工作詳細闡述了催化劑界面性質對電極穩定性和電化學性能的影響,並且所提出的界面工程策略有望用於其他涉及氣體的電化學反應,以構建穩定高效的電極。
Dual interfacial engineering of a Chevrel phase electrode material for stable hydrogen evolution at 2500 mA cm−2. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34121-y
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