Niを用いた水素発生反応に関する新たな知見 | 株式会社ピークライダーソリューションズ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8359 (2023) この記事を引用

364 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

現在の大きな課題の 1 つは、水素発生反応 (HER) の目的で高価な白金ベースの材料を置き換えるために、効率的な電極触媒作用を特徴とする非貴重な材料を見つけることです。この研究では、水素発生反応を適用するための簡単な熱分解プロセスを通じて金属ドープN富化炭素を製造することに成功するために、ZIF-67およびZIF-67を前駆体として使用しました。さらに、合成手順の過程でこれらの構造にニッケルが追加されました。高温処理下では、ニッケルドープ ZIF-67 は金属性 NiCo ドープ N 富化カーボン (NiCo/NC) に変化し、高温処理下では Ni ドープ ZIF-8 は金属性 NiZn ドープ N 富化カーボン (NiZn/NC) に変化しました。ノースカロライナ)。金属前駆体を組み合わせることで、NiCo/NC、Co/NC、NiZn/NC、NiCoZn/NC、CoZn/NC の 5 つの構造が合成されました。生成された Co/NC が、97 mV の優れた過電圧および 10 mA cm で 60 mV/dec の最小ターフェル勾配とともに、最適な水素発生反応活性を示すことは注目に値します。また、水素発生反応の優れた挙動は、多数の活性点、カーボンの優れた導電性、強固な構造によるものと考えられます。その結果、本論文は、将来の学者のために、優れた HER 効率を特徴とする非貴重な物質を生産するための新しい戦略を提案します。

ここ数十年で、石油や灯油などの従来の化石燃料がさまざまな分野で広く使用され、社会のインフラに大きく貢献してきました1、2、3。それにもかかわらず、その過剰な消費は、地球温暖化や環境汚染などの極度の悪影響をもたらしています。また、従来の化石燃料は再生不可能なエネルギー源とみなされます3,4。

したがって、持続可能で再生可能で環境に優しいエネルギー資源を見つける必要があります。水素はクリーンなエネルギー源とみなされています1,5。水素発生反応 (HER) を通じて水素を生成するために採用される最も効率的なアプローチは、水分子を分割することです6、7、8。その結果、水素発生反応を目的とした効果的な電極触媒の開発は重要かつ必要なステップとなります。私たちが知る限り、HER の目的に最も効果的な電極触媒は Pt ベースの材料です 9,10。

それにもかかわらず、これらの材料は地球上での存在量が少なく、コストが高いため、実用化には限界があります。したがって、高効率の HER 活性を特徴とする、地球上に豊富に存在する非貴重な電極触媒を開発する必要があります。近年、遷移金属ベースの材料が大きな注目を集めていますが、その理由は、その低コスト、HER 目的の優れた電極触媒活性、および地球の豊富さにあります。たとえば、Zhou らは、水熱反応とセレニル化技術を採用することで、らは、カーボンのナノワイヤーに埋め込まれたCoSeのナノ結晶(CoSe22@CNW)を調製し、それらをHER15の目的のための触媒として利用した。これらの学者は、CoSe@CNW の並外れた耐久性と優れた HER 活性を報告しました。 Xie らは、酸化グラフェン (GO) と Ni-MOF-74 の直接炭化により、Ni/NiO@C/GR-tw の生成に成功し、水素製造の目的で触媒として利用されました16。 Ni/NiO@C/GR-900-8 は、44 mV/dec の穏やかなターフェル勾配と 10 mA/cm217 で 108 mV のわずかな過電圧とともに、優れた電極触媒性能を特徴としています。王ら。らは、PANI ベースの Co-N-C 触媒を高温で作製し、水素発生反応の効率に対する組成と温度の寄与についても研究しました。彼らは、CoCN が HER の過程で活性中心として機能する可能性があることを発見しました。多くの学者が遷移金属ベースの物質の電気触媒作用の最適化と設計に貢献し、それらを HER プロセスにおける Pt ベースの材料の潜在的な代替品として使用することを妥当なものにしました 18,19。

金属有機フレームワーク (MOF) は、制御可能な金属中心、大きな比表面積、優れた化学的および物理的安定性、および変更可能な細孔サイズを特徴としており、ドラッグデリバリー 20,21、ガス吸着 22,23、触媒作用 24、 25、センシング 26、27 など。金属有機骨格は有機配位子と金属イオンによって作製されます (II)28。さらに、熱分解の手順を通じて C ベースの金属イオンがドープされた物質を調製するための前駆体としてそれらを使用することもできます。結果として、それらは HER プロセスに適用できる可能性があります。

本研究では、ZIF-67 および ZIF-8 から 5 つの構造 (NiCo/NC、Co/NC、NiZn/NC、NiCoZn/NC、および CoZn/NC) を合成するために簡単な熱分解手順を使用し、それらを次のように使用しました。 HER 目的のための電極触媒。合成されたままの Co/NC は、60 mVdec の緩やかなターフェル勾配および 97 mV の低い過電圧とともに、優れた水素発生反応性能を示しました。この論文では、水素生成反応において白金ベースの材料の代替となる非貴金属を製造するための新しい戦略を紹介します。

水分解反応の全体的な形式は以下のように表すことができます29,30:

水素発生反応は、H2O 分解反応全体の陰極の半反応とみなされ、その機構は 2 つの主要な段階で構成されます。ボルマー相 (放電反応) と呼ばれる最初の相は、電気化学的水素イオンの吸着反応です。同じ段階で、アルカリ/酸性媒体内で水分子または陽子と電子が反応すると、電極の表面に吸着された水素原子 (H*) が生成されます (反応 2 および 3 を参照)。

アルカリ性媒体:

酸性媒体:

第 2 段階では水素分子が形成されます。これは、電気化学的脱離反応 (ヘイロフスキー反応) または化学的脱離反応 (ターフェル反応) によって起こります。ヘイロフスキー反応では、電解質内の水分子または水素イオン (H+) が電子および電極表面に吸着した水素 (H*) と結合して水素分子が生成されます。

アルカリ性媒体

酸性媒体:

ターフェル反応では、2 つの吸着水素 (H*) が結合して分子状水素が生成されます。

その結果、水素発生反応は、フォルマー・ターフェル機構とヴォルマー・ヘイロフスキー機構から構成されることがわかりました。アルカリ性媒体と酸性媒体に基づいて反応を分類すると、主要な反応が明らかになります。ただし、特定の媒体内で引用された反応のみが進行するという意味ではありません。さらに、電解質中での水素の生成は、単一の機構だけではなく、フォルマー・ターフェル機構とヴォルマー・ヘイロフスキー機構の両方を介して進行します。支配メカニズムを決定するためにターフェル曲線を使用することができ、また、「ターフェル曲線」で説明されている律速段階を決定することもできます。

平衡状態での正味の電流密度はゼロであり、ゼロを超える電流密度で電解反応を行うには、系に加えるエネルギーが平衡起電力に比べて大きくなければなりません31。この追加エネルギーは、物質移動抵抗や電子移動抵抗など、多くの抵抗やエネルギー障壁を除去するために使用されます。過電位 (η) は、平衡状態と印加された起電力の差として定義できます。

電極触媒の評価に使用される主要なパラメーターの 1 つは過電圧です。特定の電流密度を示す電極触媒の過電圧が低いほど、エネルギー消費量が少なくなり、それによって電極触媒の性能が向上します。一般に、電極触媒の評価と比較は、100、10、および 1 mA cm-2 の電流密度で必要な過電圧に基づいて行われます。また、1 mA cm-2 での過電位は開始電位と呼ばれることが多く、電気化学反応を引き起こすための電極触媒の固有の活性を示し、全体の性能に顕著な影響を与えます。太陽電池が一般的に動作する電流密度は、10 mA cm-2 の電流密度です。工業規模での電極触媒の効率を反映するために、100 mA cm-2 の電流密度が決定的な基準として選択されます。また、そのような値は LSV によって決定されます。一般に、電極触媒の性能のみを精査するために、電解質抵抗 (Rs) によって引き起こされる抵抗損失が補償されることは注目に値します (ELSV = 測定値 − iRs)。

水素発生反応の分野では、可逆水素電極 (RHE) と比較して電位が頻繁に示されます。それにもかかわらず、参照電極、例えば飽和カロメル(SCE)電極やAg/AgCl電極が一般に実際に利用されている。温度 25 °C で飽和電解質を含む 2 つの参照電極を使用して計算された電位を変換するには、以下の方程式を使用できます。

これら 2 つの参照電極をさまざまな濃度と温度で使用する場合、上記の式を比例的に修正する必要があります。

前のセクションで示したように、過電圧は電流密度の関数と見なすことができます31。電流密度と過電圧との関連性は、電子の移動が (一般に) 電気化学反応を制御するものであり、以下に示すバトラーとフォルマーの関係によって説明できます。

ここで、i、η、α、n、F、i0、T、R はそれぞれ電流密度、過電圧、伝達係数、交換電子数、ファラデー定数、交換電流密度、温度、ガス定数を表します。式を簡略化できます。 (10) 反応の陽極/陰極の性質および過電圧範囲に基づいています。水素発生反応における高い過電圧での陰極反応として、式 3 を簡略化できます。 (10) 以下の通り：

η を抽出し、対数の底を e から 10 に変換すると、次の関係が得られます。

過電圧と電流密度の対数を \(b=-\frac{2.3RT}{\alpha nF}\) の傾きと \(a=\ の切片によって特徴付けられる直線としてプロットできることは明らかです) frac{2.3RT}{\alpha nF}log\left|{i}_{0}\right|\)。傾き (b) とそのような一次方程式は、それぞれターフェル傾きとターフェル方程式として知られています。これらの概念は、1905 年に Julius Tafel によって初めて考案されました。

一般に、ａおよびｂは、リニアスイープボルタンメトリーに従って決定される。過電圧を電流密度の対数に対してプロットすると、線形セクションによって特徴付けられるプロットが得られます。線方程式を介してそれを補間できます。 b と a はそれぞれ同じ直線の傾きと切片から取得されます。交換電流密度 a は、その定義に従って決定できます。

ターフェル勾配は mV dec-1 で測定され、電流密度を 10 倍に増加させるために必要な過電圧の程度を示します。結果として、電極触媒のターフェル勾配値が低いほど効率が向上します。また、交換電流密度は平衡状態 (過電圧ゼロ) で測定された電流密度として定義され、電極触媒の固有の活性を反映します。その結果、電極触媒の交換電流密度の値が高くなるほど、電極触媒効率が向上します。

電極触媒を評価する目的でターフェル勾配を使用することに加えて、ターフェル勾配は水素発生反応の支配機構とその律速段階 (RDS) を決定するためにも適用できます。 25 °C で α = 0.5 と仮定した場合の Heyrovsky、Volmer、および Tafel 反応のターフェル勾配は、それぞれ 39、118、および 30 mV dec−1 と決定されます。上記の値は、水素発生反応の律速段階を決定できることを示しています。たとえば、電極触媒のターフェル勾配が 118 mV dec−1 の値を超える場合、ボルマー反応 (電気化学的吸着) が水素発生反応を支配することになります。または、ターフェル勾配が 39 ～ 118 の範囲にある場合には、 mV dec−1 の場合、Volmer-Heyrovsky 反応が水素発生反応のメカニズムとなり、制御された Heyrovsky 反応と比較的速い Volmer 反応を介して進行します。

電荷移動抵抗または導電率は、電極触媒の基本仕様の 1 つです 31。特に、電極触媒の導電性が高いため、電荷移動の過程でのエネルギー損失が少なくなります。電気化学インピーダンス分光法 (EIS) は、電極触媒の電荷移動抵抗を測定および比較するために使用される、最も高度かつ正確な方法の 1 つです (交流 (AC) システムのインピーダンスは、交流 (AC) システムの抵抗と同じであると考えることができます)。直流 (DC))。一定の周波数 (通常は 100 kHz ～ 100 MHz の範囲) と振幅を特徴とする交流電圧を使用することにより、同じ技術で電極触媒のインピーダンスを測定します。交流を利用すると、酸化還元反応による抵抗の影響を排除または考慮するための周波数調整への道が開かれます。ナイキストプロットは、電気化学インピーダンス分光法の出力の 1 つであり、インピーダンスの虚数要素と実数要素を示します。一般に抵抗性と容量性の両方の挙動を示す電極触媒のナイキストプロットは、ほぼ半円の形状をしています。高周波での曲線の主要部分（つまり、半円）は電解抵抗を示します。これは、陰極と陰極の急速な変化の結果、酸化還元反応が高周波では進行できないという事実に起因します。アノード。さらに、イオン伝導率と動きのみが監視されます。低周波数（ゼロ付近）での曲線の最後の部分（つまり、半円）は、電流がある程度直流であり、すべてのシステム抵抗、たとえば電極触媒および電気触媒に関連する電荷移動抵抗を表します。電解質。結果として、半円の直径は電極触媒の電荷移動抵抗を表します (抵抗値を抽出するには、通常、フィッティング方法を利用する必要があることに注意してください)。さまざまな電極触媒を比較するには、電極触媒の電気化学インピーダンス分光法半円の直径が小さいほど電荷移動抵抗が小さいことを示し、この電極触媒が以下の点で最良の電極触媒であると考えられることに注意してください。その導電性に。電気化学インピーダンス分光法とナイキストプロットは、この論文では実際的にのみ取り上げられており、その基本については詳細な説明が必要であることに注意してください。そのため、興味のある読者は、関連する参考文献 32、33 で電気化学インピーダンス分光法をさらに詳しく調べることをお勧めします。

水素発生反応の電気触媒作用の最も重要な側面の 1 つが水素の吸着であることは注目に値します 31。水素の吸着能力が中程度（高すぎず、低すぎず）である材料は、水素吸着能力が高すぎたり低すぎたりする材料と比較して、水素発生反応の分野で優れた性能を示します。全体として、サバティエ原理によれば、水素吸着のギブズ自由エネルギー (ΔGH) の値がゼロに近いほど、水素発生反応のパフォーマンスが向上すると考えられます。これは、高い水素吸着能力（ΔGH < 0）を備えた材料が、H+ や H2O などの水素種を完全に吸着できるにもかかわらず、脱離段階で適切に水素を放出できないことに起因します（ターフェル反応またはヘイロフスキー反応）、反応速度が制限されます。あるいは、水素の吸着能力が低い（ΔGH > 0）物質は、第 1 段階（フォルマー反応）に関連するジレンマに遭遇します。これは、それらが HER 反応物を適切に吸着できないためです。結果として、水素の吸着に関して最良の電極触媒は、ΔGH がゼロに近いものになります。 ΔGH は、水素吸着能力を反映する基準として考慮されるだけでなく、さまざまな材料の HER 性能を比較するための適切な観点を提供するために、交換電流密度と組み合わせて適用することもできます。この目的を達成するために、材料の交換電流密度は、その ΔGH に対して表されます。これは、最良の物質、つまり白金関連金属がプロットの上部に位置する、半理論的、半経験的な火山タイプのプロットを提供します。結果として、上記の火山プロットの上部近くに位置する電極触媒の方が優れています。

Co (NO3)2・6H2O (98.0%、アルドリッチ製)、Zn (NO3)2・6H2O (98%、アルドリッチ製)、Ni(NO3)2・6H2O (98%、アルドリッチ製)、トリエチルアミン( TEA、99.5パーセント、Aldrich製）、および2-メチルイミダゾール（2-MeIm、98%、Aldrich製）。現場での脱イオン水は社内の装置を通じて供給されました。以前の調査に基づいて、ZIF-8、ZIF-67、ZnNi/ZIF、CoZn/ZIF、ZnCoNi/ZIF、および CoNi/ZIF が合成されました。また、ZIF 系触媒の一般的な炭化は磁器製の燃焼ボートに触媒を入れ、管状炉内に搬送して行われていました。 N を流速 5 °C/min で使用してサンプルを加熱し、450 °C で 3 時間炭化しました。炭化手順の完了後、ZIF-67 および ZIF-8 から得られた 5 つの触媒は、NiCo/NC、Co/NC、NiZn/NC、NiCoZn/NC、および CoZn/NC であり、すぐに電極触媒として適用できます。水素発生反応の過程。

3 電極技術を採用することにより、水素発生反応の全体的な特性が電気化学ワークステーション (CHI660E) で評価されました。また、参照電極として Ag/AgCl を使用しました。 1.0 M KOH 溶液と炭素棒は、それぞれ作用電解質と対極として機能しました。実用選挙区を作製するために、ガラス状炭素電極 (GC、直径 = 5.0 mm) を使用したことは注目に値します。ガラス状炭素電極は、蒸留水を使用して３回洗浄され、次に、実用選挙区の調製前に室温で乾燥された。

すべてのサンプルは、0.32 mg/cm2 の負荷で上記の研磨 GC 電極上に堆積され、GC 電極からの粉末の剥離を避けるために、ナフィオンアイオノマー (エタノールと水に 5 wt% 分散) がバインダーとして適用されました。

そして、ＨＥＲの過程で、１．０ＭＫＯＨ水溶液中にＮ２（ｇ）を絶えずバブリングさせた。続いて、10 mV の掃引速度で全電位が記録され、その後、可逆水素電極 (RHE) に変換されました。 1600 rpm の回転速度で -500 ～ 0 mV の範囲内でリニアスイープボルタンメトリー (LSV) プロット全体を取得しました。また、長期安定性の測定は、電圧１００ｍＶで１０時間行った。

材料を形態学的に精査するために、電界放射型走査型電子顕微鏡を特徴とするＳ－４７００顕微鏡（ドイツ、クレーフェルトの日立製）が利用された。２０ｍＡおよび３０ｋＶで動作する粉末回折計（日本、ＲｉｇａｋｕＴＴＲＡＸＩＩＩによって製造）において、Ｃｕ−Ｋ放射線（λ＝０．１５４１８ｎｍ）をＸ線回折に適用した。 2 つのモードで 5 ～ 90 の範囲内で収集された X 線回折パターンのデータを収集するために、使用されたペースは 4/分でした。熱重量分析 (TGA) と呼ばれる熱安定性実験の手法を使用して、流動 N (60 cm3/min) を 10 °C/min の速度で加熱しました。また、試験片で観察される温度依存の重量変化をすべて定量化するために、熱重量分析装置（TA Instrument 5100、Dynamic TGA Q500 製）を使用しました。 ASAP 2020 加速表面積および空隙率技術を使用して、-196 °C での N2 吸脱着等温線が評価され、サンプルの表面仕様が評価されました (Micro metrics、Norcross、ジョージア州、米国)。 Brunauer-Emmett-Teller アプローチを使用して、P/Po = 0.05 ～ 0.3 の比表面積 (SSA) を計算しました。さらに、合成された試料内の炭化水素と金属の重量パーセントを決定するために、ICP 質量分析法または誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) が使用されます。

以前の調査で報告されているように 34、サンプル全体は ZIF-8 のパターンとよく似たパターンを示しました。 ZnNi-ZIF、ZnCoNi-ZIF、および ZnCo-ZIF は、ピーク強度のわずかな低下を示しました。これは、ZIF 結晶で観察された成長の低下に起因します。 NiO、Ni、またはアモルファスのピークの兆候は明らかではなく、Ni が ZIF 構造内に埋め込まれていることを示していることに注意してください。さらに、炭化プロセスの完了後、XRD ピークは ZIF の一次構造と比較して大幅に減少しました。図S1と図S1は、炭化プロセスの前後のXRD図を示しています。図S2では、42°付近の顕著なピークは、立方晶相Coの(111)結晶面の反射に割り当てられています。さらに、25°に中心がある低いブロードなピークは、アモルファスカーボンに割り当てられています。

さらに、以前の調査で述べたように、試験片全体の N2 脱着/吸着等温線はタイプ IV とタイプ I の間にあり、メソポーラスで微細な構造を示しています。生成されるヒステリシスループは H4 タイプになります。これは、材料内に狭いスリット状の微細孔が存在することを反映している可能性があります。さらに、炭化プロセス後の試験片の N2 脱着/吸着等温線は、ヒステリシスが延長されたことを示しました。図S3およびS4は、炭化プロセス後および炭化プロセス前のサンプル全体のN2脱着/吸着等温線を示しています。さらに、表S1と表S2は、それぞれ炭化プロセスの前後のブルナウアー・エメット・テラー表面積、合成された触媒の総細孔容積、平均細孔直径をまとめたものです。

ZIF-67 は、細孔の最小直径によって特徴づけられる最大表面積を特徴とすることが明らかです。第二/第三の金属を ZIF 構造に組み込むことにより、細孔の直径が増加し、細孔がブロックされる結果として表面積が減少します。炭化段階の後、試験片全体の N2 脱着/吸着等温線はタイプ IV に変化しました。これは、ZIF 構造が破壊され、N ドープされた炭素が形成された結果、サンプル全体がメソ多孔質になったことを示しています。生成されるヒステリシスループは H3 タイプになります。これは、メソ細孔が主に粒子間細孔を含むという事実を明らかにしている。ただし、サンプル全体のブルナウアー-エメット-テラー表面積は、Ɣ-Al2O3 (約 100 m2/g) などの通常の触媒担体と比較してさらに広いです。

以前の調査によると、図S5は調製されたままのZIFの熱分解点を示しており、構造からの溶媒（20重量％）の蒸発がおよそ250℃の主な範囲内で観察できました。サンプル全体で、熱分解の開始は約 450 °C で発生しました。

図 1 は、バルクスケールの形態を評価するための NiCoZn-ZIF の TEM 画像を示しています。

NiCoZn-ZIF サンプルの TEM 画像。

これらの図は、サンプル全体がほぼ菱形十二面体形状のナノサイズの結晶の存在を示していることを示しています。さらに、これらの図によると、平均粒径は 100 nm です。

さらに、表S3に示されているICP-OESの結果は、ZIF-67やZIF-8などの単一金属ZIFでは、金属の合計含有量がそれぞれ34％と33％であることを示しています。 Ni を含む多金属試験片では、ニッケルの含有量は Zn や Co の含有量と比較して低かった。ただし、合成の過程では、これらの元素は同量で使用されました。これは、硬質および軟酸塩基 (HSAB) の理論に基づいて、Zn2+ および Co2+ と比較して 2-MeIM と Ni2+ の間で形成された骨が弱いことに起因します 35。熱分解を行った後、サンプル全体の金属含有量の大幅な減少が観察されました。

3 電極技術を採用することにより、合成されたままのサンプル全体について、電気化学ワークステーション上で水素発生反応のパフォーマンスが評価されました。水素発生反応の測定は、10 mV/s の走査速度および 1600 rpm の回転速度で実行されました。

図 2 に示すように、Co/NC 触媒は、10 mA/cm で 97 mV の過電圧を特徴とする、より高い水素発生反応活性を示します。

HER プロセスに使用されたすべての電極触媒の LSV プロット。

表 1 は、10 mA/cm における他の電極触媒の過電圧を示しています。見てわかるように、NiCo/NC 電極触媒の活性は、その構造中に Ni と Co 金属が同時に存在するため、Co/NC に近かった。

また、図 3 は、リニアスイープボルタンメトリープロットに対応するターフェル曲線を示しています。図が示すように、Co/NC は 60 mV dec のターフェル勾配を示します。前のセクションで説明したように、ターフェル勾配が減少するにつれて、HER プロセスの電極触媒の活性が増加します。

HER プロセスに使用されるすべての電極触媒のターフェル曲線。

表 2 は、すべての電極触媒のターフェル勾配と交換電流密度を示しています。説明したように、交換電流密度は平衡状態 (過電圧ゼロ) で測定された電流密度として定義され、電極触媒の固有の活性を反映します。その結果、電極触媒の交換電流密度の値が高くなるほど、電極触媒効率が向上します。したがって、Co/NC は他の電極触媒の中でより優れた性能を示しました。

水素発生反応の過程における触媒の速度論的支配機構は、ターフェル勾配として現れます。これは、Co/NC が最高の水素発生反応活性を示すという事実と一致します。

現在合成された電極触媒と、研究者によって以前に合成された他の電極触媒の 1 M KOH 媒体中での HER 性能を示す比較を表 3 に示します。見てわかるように、現在合成されている電極触媒の活性パラメーターは、以前に合成されたほとんどの電極触媒、特に貴金属を含まない電極触媒と比較して良好です。

触媒の安定性を調査するために、100 mV の一定過電圧で 10 時間、クロノアンペロメトリー技術が使用されました。図 4 からわかるように、Co/NC 電極触媒の安定性は非常に高く、10 時間にわたって一定の性能を維持しています。

クロノアンペロメトリー技術によるCo/NC電極触媒の安定性分析。

本研究では、水素発生反応を適用するための簡単な熱分解プロセスを通じて金属ドープN富化炭素を製造することに成功するために、ZIF-67およびZIF-67を前駆体として使用しました。さらに、合成手順の過程でこれらの構造にニッケルが追加されました。

炭化プロセスの前に合成された触媒は、同様のXRDパターンを有するZIF-8およびZIF-67構造と一致しました。さらに、炭化プロセスの後、マイクロ構造はメソ構造に変換され、その比表面積が減少しました。

電気化学測定によると、Co/NC 触媒は 10 mA/cm で 97 mV の過電圧を特徴とするより高い水素発生反応活性を示しますが、他の電極触媒の活性は NiCo/NC > CoZn/NC > NiCoZn/NC > NiZn/ノースカロライナ州

さらに、Co/NC 電極触媒のターフェル勾配と交換電流密度は、それぞれ 60.14 と 225.66 でした。電気化学分析によって証明されたように、NiCo/NC の性能は Co/NC 電極触媒と比較的似ていたことは言及する価値があります。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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アミールカビール工科大学 (テヘラン工科大学) 化学工学部、マハシャフルキャンパス、マハシャフル、イラン

アリレザ・バグバン & サジャド・ハビブザデ

イラン、テヘランのアミルカビール工科大学（テヘラン工科大学）化学工学部、表面反応・先端エネルギー材料研究室

サジャド・ハビブザデ & ファルジン・ゾカイー・アシュティアーニ

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著者全員が執筆、実験、分析、概念的な面で貢献しました。

アリレザ・バグバンまたはサジャド・ハビブザデへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Baghban, A.、Habibzadeh, S.、Ashtiani, FZ Ni-ZIF8/67 由来の電極触媒を使用した水素発生反応に関する新たな洞察。 Sci Rep 13、8359 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35613-7

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受信日: 2023 年 1 月 5 日

受理日: 2023 年 5 月 21 日

公開日: 2023 年 5 月 24 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35613-7

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