中国福利彩票正版下载

论文标题：In situ growth of NiSe₂ nanocrystalline array on graphene for efficient hydrogen evolution reaction（石墨烯上原位生长 NiSe₂ 纳米晶阵列以实现高效析氢反应）

期刊：Frontiers in Energy

作者：Shuai JI, Changgan LAI, Huan ZHOU, Helin WANG, Ling MA, Cong WANG, Keying ZHANG, Fajun LI, Lixu LEI

发表时间：15 Aug 2022

DOI： 10.1007/s11708-022-0827-7

微信链接：点击此处阅读微信文章

01 背景介绍

由于电解水分解的催化活性较低，开发高效稳定的析氢反应（HER）电催化剂至关重要。然而，Pt/Pd基催化剂等贵金属仍然存在价格高、供应不足的问题，阻碍了其大规模应用。最近，过渡金属基磷化物、硫族化物和硒化物已被证明是贵金属材料的有希望的替代品。在这些材料中，硒化镍由于其高界面能和固有的金属活性而表现出完全水分解的巨大潜力，然而，较差的稳定性是一个需要解决的棘手问题。

碳材料（石墨烯、碳纳米管等）具有优异的热稳定性和良好的导电性，被认为是保护电催化剂的理想骨架结构。石墨烯和硒化镍纳米晶体的结合是优化HER电催化性能的可能途径。

本文通过简单且可扩展的微波反应和随后的硒化处理，成功制备了一种由 NiSe₂ 纳米颗粒和二维石墨烯纳米片组成的新型 HER 电催化剂。NiSe₂纳米颗粒在还原石墨氧化物（rGO）中均匀分散，对于提高导电性和稳定性具有额外的协同作用。通过超细 NiSe₂ 纳米晶和石墨烯基材的协同作用，所获得的 NiSe₂/rGO 复合材料表现出显著的 HER 电催化活性10mA/cm² 下的过电势为158 mV）。同时，这种独特的复合结构在100小时制氢测试中具有极其稳定的性能。

02 结果与讨论

NiSe₂/rGO 是通过微波和硒化反应的简单两步法合成的（图 1）。获得了一种独特的混合结构，包含在石墨烯表面原位生长的 NiSe₂ 纳米晶体。

图1 NiSe₂/rGO的合成方法示意图

SEM图像（图2(a)）表明纯rGO基板具有光滑的表面，没有任何杂质。超细尺寸的NiSe₂纳米晶体会在rGO表面富集，在硒化过程后形成稳定的自支撑结构，并且分散均匀，没有任何聚集，如图2(b)所示。能量色散谱仪（EDS）映射图像（图2(c)）显示C、Ni和Se元素在整个视图中分布均匀。此外，TEM图像（图2(d)）表明石墨烯具有完美的二维结构，这与rGO的SEM图像一致。同时，NiSe₂/rGO 的混合结构表明小纳米晶体锚定在石墨烯的整个表面上（图 2(e)）。数千个NiSe₂纳米粒子可以提供丰富的活性位点以增强电催化活性。HR-TEM 图像（图 2(f)）表明，结晶良好的 NiSe₂ 纳米粒子的晶面间距约为 0.36 nm，对应于 NiSe₂（210）晶格平面。

图2 电极材料的形貌表征

XRD 图谱图 3(a)表明石墨烯和 NiSe₂ 纳米晶体之间成功结合。含氧官能团被认为是石墨烯吸附金属离子的关键驱动力。正如 FT-IR 光谱所示（图 3(b)），GO 在 1059、1366、1599 和 3421 cm⁻¹ 附近显示出明显的峰，这分别归因于环氧化物、硝酰基、羧基和羟基。经过微波处理后，NiSe₂/rGO 样品的含氧官能团转化为氢键。原始NiSe₂的高分辨率Ni 2p谱图（图3(c)）显示在857.8和876.1 eV处有两个主峰，对应于Ni²⁺的Ni 2p_3/2和Ni 2p_1/2，由于表面氧化，882.4 eV 属于氧化镍物质。图3(d)中Se 3d的高分辨率XPS谱可以拟合到Se 3d_5/2（54 eV）、Se 3d_3/2（55 eV）和SeO₂（59 eV）的三个峰，证明了在石墨烯表面形成 NiSe₂。

图3 电极材料的结构表征

接下来进行了电极材料的电化学性能测试，与已报道的材料相比，验证了NiSe₂/rGO复合结构具有优异的HER活性和良好的稳定性，这可能归因于NiSe₂纳米晶和石墨烯导电网络的协同效应，详见原文。

03 结论

本文采用微波加硒两步法制备了杂化结构NiSe₂/rGO电催化剂。独特的微波过程不仅有利于金属离子在石墨烯上的吸附，而且还可以控制NiSe₂的纳米晶尺寸。此外，还具有长期稳定性，经过100h的连续测试不会衰减。相信微波技术将为杂化结构材料的设计和制备提供一个新的亮点。

原文信息

In situ growth of NiSe₂ nanocrystalline array on graphene for efficient hydrogen evolution reaction

Shuai JI, Changgan LAI, Huan ZHOU, Helin WANG, Ling MA, Cong WAN, Keying ZHANG, Fajun LI*, Lixu LEI*

Author information:

1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China

2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China

3. Key Laboratory of Spin Electron and Nanomaterials of Anhui Higher Education Institutes, Suzhou University, Suzhou 234000, China; School of Chemistry and Chemical Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China

Abstract: Nickel selenide electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) with a high efficiency and a low-cost have a significant potential in the development of water splitting. However, the inferiority of the high overpotential and poor stability restricts their practical applications. Herein, a composite nanostructure consists of ultrasmall NiSe2 nanocrystals embedded on graphene by microwave reaction is reported. The prepared NiSe2/reduced graphite oxide (rGO) electrocatalyst exhibited a high HER activity with an overpotential of 158 mV at a current density of 10 mA/cm2 and a corresponding moderate Tafel slope of 56 mV/dec in alkaline electrolyte. In addition, a high retention of electrochemical properties (approximately 100%) was demonstrated with an unchangeable microstructure after 100 h of continuous operation.

Keywords: nickel selenide ， carbon materials , nanoparticles, hydrogen evolution reaction (HER), microwave reaction

Cite this article: Shuai JI, Changgan LAI, Huan ZHOU, Helin WANG, Ling MA, Cong WANG, Keying ZHANG, Fajun LI, Lixu LEI. In situ growth of NiSe2 nanocrystalline array on graphene for efficient hydrogen evolution reaction. Front. Energy, 2022, 16(4): 595–600 https://doi.org/10.1007/s11708-022-0827-7

阅读原文请点击“In situ growth of NiSe₂ nanocrystalline array on graphene for efficient hydrogen evolution reaction”

推 荐 阅 读

Perspective

1. 上海交通大学黄震院士等发文：面向碳中和的变革性技术——可再生合成燃料

2. 能源系统中的区块链：价值、机会和局限性

3. 多尺度反应过程原位模拟及测量技术助力碱金属基固体脱碳吸收剂设计及运行参数优化

4. 中空纤维气体透散电极高效生产可再生合成燃料

5. Thoughts on strategies and paths to achieve carbon peaking and carbon neutrality in China

6. P2P energy trading via public power networks: Practical challenges, emerging solutions, and the way forward

Viewpoint

1. 上海交通大学章俊良教授/沈水云副教授团队：一种极具潜力的制备单原子催化剂策略：电化学沉积

2. 清华大学韩敏芳教授：固体氧化物燃料电池系统在分布式发电和碳中和应用中的巨大潜力

3. 北京理工大学副教授邓月光：面向碳中和的液态金属技术研究进展与展望

4. 上海交通大学钱小石教授：“泵”向更清凉的未来：零碳制冷的电卡材料

5. 中国科学院理化技术研究所及清华大学双聘教授刘静：液态金属印刷为第三代半导体制造业节能开辟新路

News & Highlights

1. 剑桥大学Neil Mathur教授：冷却材料的未来

2. 高容量镁基固态储氢材料与系统促进氢产业发展

3. 2022年度碳中和与应对气候变化领域最具影响力“十大事件”

4. 氨基酸促进锰催化二氧化碳可逆加氢制甲酸

5. 沈文忠教授/赵一新教授/刘烽教授：2022年主流太阳电池效率进展

6. 沈文忠教授/赵一新教授/刘烽教授：2021年主流太阳电池效率进展

7. 2022全球工程前沿之能源和电气学科方向

8. 全球首个海上风电无淡化海水直接电解制氢在福建海试成功

9. Rise of aluminum-chalcogen batteries: A promising path to sustainable energy storage

Comments

1.针对Nature文章的评述：利用III族氮化物纳米线向太阳光全解水制氢的商业化门槛迈进

Frontiers in Energy （SCI），能源领域综合性英文学术期刊，于2007年创刊，现为中国工程院院刊之一 (Transactions of CAE)。翁史烈院士和倪维斗院士任名誉主编。中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍任主编，加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊、美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric、法国普瓦捷大学教授Nicolas Alonso-Vante和上海交通大学教授巨永林任副主编。

出版能源领域原创研究论文、综述、展望、观点、评论、新闻热点等。选文注重“前沿性、创新性和交叉性”，涉及领域包括：能源转化与利用，可再生能源，储能技术，氢能与燃料电池，二氧化碳捕集、利用与封存，动力电池与电动汽车，先进核能技术，智能电网和微电网，新型能源系统，能源与环境，能源经济和政策。

期刊优势

1. 国际化投审稿平台ScholarOne方便快捷。

2. 严格的同行评议(Peer Review)。

3. 免费语言润色，有力保障出版质量。

4. 不收取作者任何费用。

5. 不限文章长度。

6. 在线优先出版(Online First)，保证文章尽快发表。

7. 通过Springer Link平台面向全球推广。

在线浏览

http://journal.hep.com.cn/fie（国内免费开放）

https://link.springer.com/journal/11708

在线投稿

https://mc.manuscriptcentral.com/fie

联系我们

FIE@sjtu.edu.cn, (86) 21-62932006

qiaoxy@hep.com.cn, (86) 10-58556482

Frontiers of Computer Science

Frontiers of Computer Science （FCS）是由中国福利彩票正版下载：主管、高等教育出版社和北京航空航天大学共同主办、SpringerNature 公司海外发行的英文学术期刊。本刊于 2007 年创刊，双月刊，全球发行。主要刊登计算机科学领域具有创新性的综述论文、研究论文等。本刊主编为周志华教授，共同主编为熊璋教授。编委会及青年 AE 团队由国内外知名学者及优秀青年学者组成。本刊被 SCI、Ei、DBLP、INSPEC、SCOPUS 和中国科学引文数据库（CSCD）核心库等收录，为 CCF 推荐期刊；两次入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”；入选“第4届中国国际化精品科技期刊”；入选“中国科技期刊卓越行动计划项目”。

《前沿》系列英文学术期刊

由中国福利彩票正版下载：主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中12种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。

中国学术前沿期刊网

http://journal.hep.com.cn