四川大学《Chem Commun》：以废塑料为原料制备珊瑚状氮掺杂碳材料，具有出色HER性能
1成果简介
随着能源和污染危机日益严重，人们正在大力发展可持续能源。1氢是最清洁和环保的燃料之一，具有最大的能量密度和零排放的碳质物种，被认为是化石燃料的最佳替代品，也是储存来自其他可持续资源（如太阳能、风能和水力发电）的有前途的媒介。在目前的制氢方法中，析氢反应（HER），即电解水的半反应，可以将间歇性可再生能源转化为氢能。贵金属催化剂因其高活性和稳定性而被认为是最有效的HER催化剂。为了最大限度地提高其利用率，它们通常固定在支撑基质上以增强分散性并防止合成和反应过程中的聚集。碳基材料由于石墨骨架的高导电性和较大的比表面积和孔隙率被认为是优良的催化剂载体，不仅可以促进电荷从碳载体向催化剂表面的转移，还可以提高活性位点的数量和反应物和产物的传输速率。然而，碳材料的合成往往很复杂，需要引入额外的碳源。因此，从可持续碳源制造先进的碳载体对于开发更好的HER催化剂具有重要意义。
另一方面，塑料的使用为生活提供了极佳的便利，塑料制品的消费量急剧上升。不幸的是，除了其多功能性外，大多数塑料材料的稳定性使它们在自然界中降解得非常缓慢，对环境构成严重威胁。
本文，四川大学张帆特聘研究员、李丹副教授等在《Chem. Commun》期刊发表名为“From waste plastics to layered porous nitrogen-doped carbon materials with excellent HER performance”的论文，研究以将PC粉末，光盘或PET口罩等废塑料为原料制备的层状多孔氮掺杂碳片（LPNCS）作为碱性条件下HER的电催化载体。N掺杂的珊瑚状纳米结构具有丰富的介孔和大孔，可缩短质子扩散途径，降低传质阻力，促进Ru分散。所制备的Ru/LPNCS在15 mA cm−2处具有10 mV的过电位，表现出优异的性能，甚至低于大多数报道的Ru基催化剂和商用Pt/C催化剂（17 mV），这为将废塑料转化为高效HER催化剂提供了潜在的应用。
2图文导读
方案一、LPNCS和Ru / LPNCS样品的合成路线示意图
图1、(a) PC/MgO/Urea在氮气环境下的TG（黑色）、DSC（红色）和DTG（蓝色）曲线；(b) LPNCS的氮气吸附/解吸等温线和孔径分布；(c) LPNCS的SEM和（d）TEM图像。
图2、(a) Ru/LPNCS的SEM和TEM图像；(b) Ru/LPNCS纳米颗粒的HAADF-STEM图像和尺寸分布；(c) 氮吸附/解吸等温线和孔径分布；(d) Ru/AC、Ru/LPCS、Ru/LPNCS的拉曼光谱和(e) Ru 3p XPS光谱；(f) LPNCS和Ru/LPNCS的N 1s XPS光谱。
图3、(a) 在1.0M KOH中，5wt%的Ru/C、Ru/AC、Ru/LPCS、Ru/LPNCS和20wt%的Pt/C的LSV曲线，(b) Tafel图和(c) Nyquist图；(d) Ru/LPNCS的i-t曲线；(e) Ru/LPNCS与最近报道的其他HER电催化剂在1M KOH中10mA cm-2的过电位对比。
3小结
综上所述，我们采用了一种简单的方法将废塑料转化为珊瑚状的多孔氮掺杂碳材料。由于其较高的石墨化程度和丰富的中孔和大孔，在装载Ru后，所制备的Ru/LPNCS具有优异的HER性能，在10 mA cm-2时过电位仅为15 mV。它为将废旧塑料处理成功能性碳材料用于电催化应用提供了一条可行的途径。
文献：
https://doi.org/10.1039/D3CC01348K
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来源：文章来自Chem Commun 网站，由材料分析与应用整理编辑。
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