苏大：丝素蛋白衍生碳材料，用于 HER 和 OER 多功能电催化剂

成果简介

开发具有高效和长期稳定性的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的电催化剂对于通过水分解大量产生氢能具有重要意义。本文，苏州大学Hongzhe He等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces 》期刊发表名为“Dual Metal-Loaded Porous Carbon Materials Derived from Silk Fibroin as Bifunctional Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction and Oxygen Evolution Reaction”的论文，研究通过简单的碳化和 KCl 的化学活化，成功地制备了源自丝素蛋白的钴和钨双金属负载 N 掺杂多孔碳电催化剂，并将其用作高效的 HER 和 OER 电催化剂。

化学活化后，所得催化剂呈现出具有微孔、中孔和大孔的独特分层多孔结构，能够暴露更多催化活性金属的植入位点，进而促进电解质的有效扩散。优化条件下的催化剂(CoW@ACSF)比表面积为326.01 m2 g–1。电流密度为10 mA cm–2时的过电位CoW@ACSF 是138.42± 10.39毫伏和492.05毫伏± 向OER方向19.04 mV。经过10h以上的计时电位长期稳定性试验，其过电位仅向HER增加101.2mV，向OER增加66.00mVCoW@ACSF由于其独特的碳壳结构。这项工作为丝素衍生碳材料的设计和工程设计提供了一个新的视角。2图文导读

图 1. KCl 的活化机制。

图 2. Co x W y @ACSF 和CoW@CSF 的制备过程。

图 3. (a) KCl、AMT、CoW@ACSF 、SF 和 Co(acac) 3 的TGA 曲线和 (b) SF 和 CSF 的 FT-IR 光谱。

图 4. (a-c) CoW@ACSF不同放大倍数的 SEM 图像和 (d-f) CoW@CSF不同放大倍数的 SEM 图像。

图 5. (a) Co x W y @ACSF 和 Pt/C 催化剂在 0.5 MH 2 SO 4 中的HER 极化曲线；(b) Co x W y @ACSF 和 Pt/C 催化剂的过电位；(c) Co x W y @ACSF 和 Pt/C 催化剂的Tafel 斜率；(d) Co x W y @ACSF 催化剂的EIS 谱，AC 振幅为 5 mV，频率范围为 10 5只 0.1 Hz，-0.2 V vs RHE；(e) Pt/C 和 (f) CoW@ACSF在 10 mA cm –2电流密度下的计时电位响应 ( V – t ) 曲线。

图6. (a) Co x W y @ACSF 和 20% Pt/C 催化剂在 1 M KOH 中的OER 极化曲线；(b) Co x W y @ACSF 和 Pt/C 催化剂的过电位；(c) Co x W y @ACSF 和 Pt/C 催化剂的Tafel 斜率；(d)在 10 5-0.01 Hz的频率范围内，在 1.68 V vs RHE 下，交流振幅为 5 mV的 Co x W y @ACSF 催化剂的EIS 谱；(e) Pt/C 和 (f) CoW@ACSF在 10 mA cm –2电流密度下的计时电位响应 ( V – t ) 曲线。

小结

总之，通过简单的碳化和 KCl 的化学活化，成功合成了源自丝素蛋白的双金属负载 N 掺杂多孔碳电催化剂。这项工作为制备丝衍生的 N 掺杂碳材料作为 HER 和 OER 的双功能电催化剂提供了一种简便的方法。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c07058