通过引入钨和光来协同调节石墨烯上镍位点以实现高效的甲醇电氧化

　　人们热切期望高活性和稳定的（光）电催化剂能够克服甲醇氧化反应（MOR）中的高能障碍。通过简单的自行设计的电合成方法制备了NiW/石墨烯（NiW/G）杂化物。在电合成过程中，既实现了大块石墨剥离为石墨烯，又实现了多价NiW双金属前驱体的生成。这种复合材料对 MOR 显示出优异的光电催化性能。对于NiW/G-light，其面积活度（峰值电流）和质量活度（峰值电流）分别高达343.4mAcm−2和5960.7mAmg−1，远高于NiW/G、Ni/G和W /G。 Operando电化学阻抗谱、原位傅里叶变换红外光谱和其他非原位技术表明，NiW/G-光的优异MOR性能是通过引入钨和光对镍位点进行协同调制而产生的，这提供了所需的吸附行为和高吸附性能。电化学活性表面积。研究发现，W组分的引入促进了W-O-Ni(Ni3+)物种的形成，为甲醇提供了更强的吸附位点。这导致吸附的甲醇和 OH* 之间产生甲酸的新反应路径。随着光的应用，光生空穴促进残余 Ni2+ 氧化成 Ni3+ 物质，这为 MOR 提供了额外的形成 NiOOH 位点。结论是引入钨和光可以有效地大大增强甲醇电氧化。该工作对于应用自行设计的电合成方法构建双金属/石墨烯复合材料以及光电协同催化MOR具有重要的指导意义。

图1. NiW/石墨烯(NiW/G)合成工艺示意图。

图 2 (a) XRD谱图，(b) 1000cm−1–3000cm−1 分段拉曼光谱，(c) 300cm−1–900cm−1 分段拉曼光谱，(d) CV曲线准备好的样品。

图3. (a) Ni/G、NiW/G 和 NiW/G 光的 Ni 2p XPS 光谱； (b) W/G、NiW/W 和 NiW/G 光的 W4f XPS 光谱； (c) Ni/G、W/G 和 NiW/G 的 O2s XPS 谱。

图 4. W/G (a)、Ni/G (b)、NiW/G (c)、NiW-G-light (d) 的代表性 HRTEM 显微照片。

图5. （a）CV（面积活性）、（b）相应的过电位、（c）EIS曲线、（d）电化学活性表面积（ECSA）和（e）所制备样品用于MOR的光电流测试，（f）NiW/G催化剂在1.44V恒定电位下的计时电流曲线。

图 6. (a) 所制备样品的甲醇-TPD 曲线和 (b) 基于典型阿伦尼乌斯图计算的 Ea 值。

图 7. 不同电位下 MOR 在 W/G (a)、Ni/G (b)、NiW/G (c) 和 NiW/G-light (d) 上的原位 FTIR 光谱。

图 8. 不同电位下 OER 和 MOR 所制备样品的波特图。

图 9. (a) MOR 相对于 NiW/G 和 Ni/G 的拟议机制； (b) 为 MOR 准备的样品的拟议反应位点。

相关科研成果由山西师范大学Jianfeng Jia等人于2024年发表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151415）上。原文：Insights into synergetic modulation of nickel sites over graphene by introducing tungsten and light for efficient methanol electrooxidation

　　来源：石墨烯研究