济南大学周伟家教授团队AFM：磁感应加热快速制备多种电催化剂用于水分解
电解水产氢是一种可有效缓解能源危机的技术，电催化分解水需要施加大于热力学所需的1.23 V的电压才能被驱动，为了降低能耗，可以开发高效的电催化剂降低水分解过程中产氢和产氧的过电位。Pt/C和RuO2分别作为优异的产氢和产氧电催化剂可有效降低水分解电压，然而其价格昂贵，过渡金属化合物像磷化物，硫化物，氮化物，氧化物等近年来受到研究人员的广泛关注，其中，钼基电催化剂如MoS2，Mo2C，MoO2和MoNi合金已经被广泛用于电催化水分解研究，有望成为贵金属催化剂的替代物。
成果简介目前，大多数电催化剂是通过水热法和管式炉煅烧法制备得到的，这些方法具有升温降温速率慢的特点（辐射的方式进行加热），最近，微波加热和焦耳加热作为两种新型加热方式已经被广泛用 来制备纳米材料，这两种方法均具有局部和快速加热的特点，从而可以用来高效地制备电催化剂。与之类似，感应加热也是一种快速且局部加热的方法，其是基于法拉第电磁感应定律原理，即闭合导体在快速变化的磁场内部可以产生焦耳热，利用此热量可以用来快速合成纳米材料，本研究选取具有感应加热效应的泡沫镍既作为自加热介质又作为基底，利用感应加热在其上生长多种电催化剂用于电催化水分解。研究成果以”Rapid Synthesis of Various Electrocatalysts on Ni Foam Using a Universal and Facile Induction Heating Method for Efficient Water Splitting”为题发表在国际顶级期刊”Adv. Funct. Mater.”上。济南大学为第一单位，文章第一作者是济南大学硕士研究生熊国伟，周伟家教授和贾进博士为文章的通讯作者。
研究亮点1、 利用感应加热在泡沫镍上快速制备多种具有缺陷的电催化剂
2、感应加热可实现常温、常压下的液相和气相环境的纳米材料制备，操作简单
研究内容传统辐射加热与感应加热对比
传统辐射加热（如管式炉煅烧）是加热的电阻丝通过介质（如空气）将热量传递到目标产物内部，升温速率通常在5~20℃/min。
首先通过感应加热泡沫镍在水溶液中成功制备了NiMoO4）和NiFe（NiFe LDH/NF-IH），扫描电镜（SEM）照片证实了它们的形貌分别为纳米线和纳米片，同时证实存在缺陷，X和NiFe LDH的存在元素和化学状态。
图2.（a-d）NiMoO4/NF-IH和（e-h）NiFe LDH/NF-IH的SEM照片、TEM照片和相应的能量色散光谱（EDS）元素分布mapping；（i-j）NiMoO4/NF-IH和NiFe LDH/NF-IH的X射线光电子能谱谱图。
作为前驱体，进一步在Ar/H2的异质结构（Ni-MoO2/NF-IH、TEM射线衍射图谱（XRD共同证实Ni-MoO2，其上分布有Ni）测试，结果表明所制备的Ni-MoO2/NF-IH和246 mV的低过电位即可实现10 mA cm−2和OER负载在泡沫镍的性能，另外，Ni-MoO2/NF-IH和46.6 mV dec−1小时和20和NiFe LDH/NF-IH组装成两电极体系用于全解水，仅需1.5 V的电压即可驱动10 mA cm−2小时。
图4.不同样品的LSV曲线和相应的Tafel斜率；Ni-MoO2/NF-IH恒电位下测试的电流密度-时间（I-t测试）变化曲线（插图是I-t测试前后的LSV曲线）；不同样品的碱性产氧线性扫描伏安曲线和相应的Tafel斜率；NiFe LDH/NF-IH恒电位下测试的电流密度-时间（I-t测试）变化曲线（插图是1000循环伏安测试前后的LSV曲线）；两电极组装的电解槽的全解水性能。
感应加热的通用性
在水溶液中通过感应加热泡沫镍制备了多种金属氢氧化物，SEM气氛下尝试制备金属氮化物，SEM发生了刻蚀反应。
图5.在水溶液和NH3气氛下感应加热制备电极的SEM照片.
这个工作基于液相或气相感应加热快速地（1-3分钟），简单地（开放反应系统）和有效地（造成缺陷）合成各种自支撑的电催化剂。泡沫镍作为感应加热的柔性基底和自加热介质，可以在其上快速生长多种具有均匀纳米结构的电催化剂。其中，Ni-MoO2/NF-IH和NiFe LDH/NF-IH分别表现出最优异的HER和OER性能，此外，这种简便的感应加热也可用于合成具有均匀纳米结构和低结晶性的金属氢氧化物和氮化物，从而在能量存储和转换中具有广泛的应用。这些结果表明快速磁感应加热为合成和设计具有特定组分和形貌的电催化剂提供了指导。
文献链接：Guowei Xiong, Yuke Chen, Ziqian Zhou, Fan Liu, Xiaoyu Liu, Linjing Yang, Qilu Liu, Yuanhua Sang, Hong Liu, Xiaoli Zhang, Jin Jia, Weijia zhou, Rapid Synthesis of Various Electrocatalysts on Ni Foam Using a Universal and Facile Induction Heating Method for Efficient Water Splittings, Adv. Funct. Mater.202009580
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202009580
团队介绍
本文通讯作者：周伟家
本文通讯作者：周伟家，济南大学前沿交叉科学研究院教授。
研究领域：纳米材料与技术在电催化、氢能源和微纳器件等领域的研究。
研究成果：济南大学前沿交叉科学研究院教授，博士生导师。“国家优青基金”、“泰山学者青年专家计划”、“山东省优秀青年基金”和“省自然科学杰出青年基金”获得者。以第一或通讯作者在Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano等期刊发表SCI收录论文70余篇，被他引6126次，H因子38，中国百篇最具影响力国际学术论文1篇，ESI高被引用论文12篇，2018年“全球高被引科学家”(交叉学科)；2019年山东省自然科学奖一等奖(第三位)；授权发明专利6项。主持国家自然科学基金等省部级项目10项。
本文通讯作者：贾进
本文通讯作者：贾进，济南大学前沿交叉科学研究院讲师。
研究领域：纳米材料的设计及其在能源储存和转化上的应用。
本文第一作者：熊国伟
本文第一作者：熊国伟，济南大学前沿交叉科学研究院2018级硕士研究生
研究领域：纳米材料的制备及其在电解水领域的应用，光热催化。
相关工作
1、Guowei Xiong, Jin Jia*, Lili Zhao, Xiaoyan Liu, Xiaoli Zhang, Hong Liu, Weijia Zhou*, Non-thermal radiation heating synthesis of nanomaterials, Science Bulletin, 2020, https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.08.037
2、 Fan Liu, Jietong He, Xiaoyu Liu, Yuke Chen, Zhen Liu, Duo Chen, Hong Liu*, Weijia Zhou*, MoC Nanoclusters Anchored Ni@N-doped Carbon Nanotubes Coated on Carbon Fiber as Three-Dimensional and Multifunctional Electrodes for Flexible Supercapacitor and Self-heating Device, Carbon Energy, 2020, https://doi.org/10.1002/cey2.72
3、Jiayuan Yu#, Aizhu Wang#, Wanqiang Yu#, Xiaoyu Liu, Xiao Li, Hong Liu, Yongyou Hu*, Yuen Wu*, Weijia Zhou*, Tailoring the ruthenium reactive sites on N doped molybdenum carbide nanosheets via the anti-Ostwald ripening as efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction in alkaline media, Appl. Catal. B: Environ., 2020, 277, 119236.
4、Xiaoyan Liu#, Linjing Yang#, Ziqian Zhou, Lili Zeng, Hui Liu, Yunqie Deng, Jiayuan Yu, Chenghao Yang*, Weijia Zhou *, N doped Carbon Coated Multi-Metals Nanoparticles Decorated Perovskite as Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution Reaction, Chem. Eng. J., 2020, 399, 125779.
5、 Xiaoyu Liu, Fan Liu, Jiayuan Yu, Guowei Xiong, Lili Zhao, Yuanhua Sang, Shouwei Zuo, Jing Zhang, Hong Liu*, Weijia Zhou*, Charge Redistribution Caused by S,P Synergistically Active Ru Endows an Ultrahigh Hydrogen Evolution Activity of S‐Doped RuP Embedded in N,P,S‐Doped Carbon, Adv. Sci. 2020, 2001526
6、Xiao Li#, Lili Zhao#, Jiayuan Yu#, Xiaoyan Liu, Xiaoli Zhang, Hong Liu*, Weijia Zhou,* Water Splitting: from Electrode to Green Energy System, Nano-Micro Letters, 2020, 12, 131
7、Guixiang Li#, Jiayuan Yu#, Wanqiang Yu, Linjing Yang, Xiaoli Zhang, Xiaoyan Liu*, Hong Liu, Weijia Zhou*, Phosphorus-doped Iron Nitride Nanoparticles Encapsulated by Nitrogen-doped Carbon Nanosheets on Iron Foam in Situ Derived from Saccharomycetes Cerevisiae for Electrocatalytic Overall Water Splitting, Small, 2020, 2001980.
8、Lili Zhao, Haifeng Yuan, Dehui Sun, Jin Jia, Jiayuan Yu, Xiao Li Zhang, Hong Liu* and Weijia Zhou*, Active facet regulation of highly aligned molybdenum carbide porous octahedrons via crystal engineering for hydrogen evolution reaction, Nano Energy, 2020, 77, 105056.
9、 Yuke Chen, Jiayuan Yu, Jin Jia, Fan Liu, Yunwu Zhang, Guowei Xiong, Ruitong Zhang, Ruiqi Yang, Dehui Sun*, Hong Liu*, Weijia Zhou*, Metallic Ni3Mo3N Porous Microrods with Abundant Catalytic Sites as Efficient Electrocatalyst for Large Current Density and Superstability of Hydrogen Evolution Reaction and Water Splitting, Appl. Catal. B: Environ., 2020, 272, 118956
10、 Guixiang Li#, Jingang Wang#, Jiayuan Yu, Hui Liu, Qing Cao, Jialei Du, Lili Zhao, Jin Jia, Hong Liu*, Weijia Zhou*, Ni-Ni3P Nanoparticles Embedded into N, P-doped Carbon on 3D Graphene Frameworks via In Situ hosphatization of Saccharomycetes with Multifunctional Electrodes for Electrocatalytic Hydrogen Production and Anodic Degradation, Appl. Catal. B: Environ., 2020, 261, 118147.
2、高校下午通知延期开学当晚就取消引热议！校方回应全额承担学生改退签费
3、助力高分文章，全网最全科研绘图资源分享：含max常用模型、AI矢量素材包、色块分享、PPT三维实例模型等
关注我们并回复001到004，即可直接领取科研资源，绝对干货（例如origin使用教程，Endnote软件及教程，科研PPT模版，18款实用科研）回复:SCI可领取SCI论文写作教程；回复：文献神器，获取文献下载神器等等。更多科研资讯、干货分享欢迎关注。
本文部分内容来源网络，仅用于学术分享，如有侵权请联系小编删除。分享科研动态（微信ID：likesci）