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《我国科学家利用摩擦纳米发电机驱动电沉积制备三功能催化剂》

  • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
  • 编译者： husisi
  • 发布时间：2020-04-09

  • 燃料电池和可充电金属空气电池是零排放清洁能源技术的一种，发展燃料电池和可充电金属空气电池技术对缓解环境污染和能源危机有着积极的作用。氧气和氢气等小分子的催化转化是电池能量转化过程中最重要的反应，如何提高催化剂的性能和降低其成本一直是该类电池发展的关键技术瓶颈，设计具有优异性能的高效催化剂是一项紧迫而富挑战性的任务。

    近期，我国科学家利用层状摩擦纳米发电机产生的高压脉冲直流电作为新型电源，可在没有任何封端剂的情况下将亚2nm铂（Pt）纳米团簇电沉积到NiFe-LDH纳米片上，制备了性能优异的Pt-NiFe-LDH催化剂。Pt纳米团簇与NiFe-LDH纳米片之间的协同作用增强了HO-H键的裂解和氢中间体的重组以形成分子氢，从而显著提高了析氢反应（HER）活性。同时，通过将Fe3+还原为Fe2+调节局部原子结构和晶体缺陷，NiFe-LDH纳米片也增强了析氧反应（OER）活性，沉积的亚2nmPt纳米簇同时提高了氧还原反应（ORR）活性。因此，所制备的Pt-NiFe-LDH催化剂表现出对HER，ORR和OER的三功能催化活性，且可以用作燃料电池和可充电锌-空气电池的电极催化剂。该研究成果为提高燃料电池和可充电金属空气电池HER，ORR和OER的催化活性提供了新的思路。

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  • 《美国高校开发三层双功能制氢催化剂》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2019-10-31
    • 由莱斯大学和休斯敦大学开发的一种新型高效、高度活跃的双功能催化剂可将水分解成氢和氧，而不需要像铂这样昂贵的金属。该研究小组认为，这项工作提供了一种简单的策略，即从地球丰富的材料中制造出高效的电催化剂，用于整体水分离。 　　由莱斯大学生产、休斯敦大学测试的电解膜是一种三层结构的镍、石墨烯和三元金属磷化物(FeMnP、铁、锰和磷)。泡沫镍使薄膜有一个较大的表面，使导电石墨烯保护镍不受降解，金属磷化物也能进行反应。 　　石墨烯，一种原子厚度的碳，是保护底层镍的关键。在化学气相沉积（CVD）炉中的镍泡沫上形成1至3层石墨烯，并且还通过CVD和单一前体将铁、锰和磷加在其上。 　　通过对镍泡沫和无石墨烯的磷化物进行了测试比较了中间的镍泡沫和无石墨烯的磷化物，结果发现导电石墨烯降低了氢和氧反应的电荷转移电阻。 　　Whitmire表示，该材料具有可扩展性，可应用于生产氢和氧的汽车工业中，也可用于电催化储存能量的太阳能和风力发电设施。 　　在氢进化反应(HER)和氧进化反应(OER)中，FeMnP表现出高的电催化活性。利用FeMnP / GNF作为阳极和阴极进行整体水分离,团队在低至1.55 V的电池电压下实现了10 mA cm-2的电流密度。通过密度泛函理论(DFT)的计算表明，暴露Fe和Mn位点的切面是实现HER高活性的必需条件。 　　Kenton Whitmire表示：“常规金属有时会在催化过程中氧化。通常，氢的进化反应是酸的，氧的进化反应是在碱中完成的。我们这次所研发的是一个稳定的材料，不管是在酸性还是碱性溶液中。” 　　这一发现建立在研究人员今年早些时候发明的一种简单的氧进化催化剂之上。在这项工作中，研究小组直接在一个半导体纳米线阵列上产生了催化剂，将太阳光转化为太阳能水分解的能量。
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  • 《北京大学Nano Energy综述：基于摩擦纳米发电机的自驱动电子皮肤》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-12-06
    • 利用现代先进电子器件模仿人类皮肤功能的电子皮肤，在人机接口、仿生假肢、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景，受到科学家的广泛关注。当前，长期稳定的能源供给是束缚电子皮肤进一步发展的重要关键问题。摩擦纳米发电机是一种新型高效的能量采集器件，可以有效的将机械能转化为电能，同时提供了一种新型的自驱动传感机制，可以实现无需外部电源供给下的信号感知，对解决电子皮肤能源供给问题提供了无限的可能。 成果简介 近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授在国际纳米科学领域重要期刊Nano Energy上发表题为“Self-powered Electronic Skin based on the Triboelectric Generator”的综述文章，博士研究生陈号天为论文第一作者。文章以摩擦纳米发电机（TENG）为工作基础，着眼于新型仿生电子皮肤的功能，总结了近年来基于摩擦纳米发电机的多种电子皮肤的设计与应用进展。文章首先关注基于摩擦发电机的自驱动传感器的4种工作机制，并总结了当前基于摩擦纳米发电机的自驱动传感器的3种主要的探测方式（幅值、比例和频率）及4种信号类型（模拟式、数字式、独立阵列式和寻址阵列式）。在此基础上针对电极和电介质的设计和制备的要求和特点进行归纳，重点强调电极材料的可拉伸性和导电性，强调电介质材料对性能的增强及自驱动和生物降解等更丰富的特性。之后落实在电子皮肤传感器和电子皮肤系统的应用上，展现出基于摩擦纳米发电机的传感器广泛的应用前景。最后，文章分析并讨论了该领域未来的发展和面临的挑战。
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