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标题：Xiaohan Wang, Small Methods：铂簇/碳量子点衍生的石墨烯异质结构碳纳米纤维用于高效耐用的太阳能驱动电化学制氢

标题：Platinum Cluster/Carbon Quantum Dots Derived Graphene Heterostructured Carbon Nanofibers for Efficient and Durable Solar-Driven Electrochemical Hydrogen Evolution第一作者：Gianvito Vilé

通讯作者：Guangting Han

通讯单位：青岛大学

研究内容

大规模太阳能驱动的氢气生产是实现社会脱碳的关键一步。然而，析氢反应（HER）中的太阳能制氢（STH）转换效率、长期稳定性和成本效益仍有待提高。本文展示了一种有效的方法来生产基于低维 Pt/石墨烯-碳纳米纤维 (CNF) 的异质结构，以实现无偏差、高效和耐用的 HER。碳点用作沿 CNF 表面原位形成石墨烯的有效构件。石墨烯的存在将 CNF 的电子电导率提高到≈3013.5 S m ^-1 同时支持 HER 过程中均匀的 Pt 簇生长和有效的电子传输。具有低 Pt 负载量 (3.4 µg cm ^-2 ) 的电极在酸性和碱性介质中均表现出显着的 HER 质量活性，明显优于商业 Pt/C (31 µg cm ^-2 的 Pt 负载量) ）。此外，使用发光太阳能聚光器耦合太阳能电池提供电压，无偏压水分解系统在单日光照下表现出 0.22% 的 STH 效率。这些结果有望将低维异质结构催化剂用于未来的能量存储和转换应用。

要点1

作者通过静电纺丝和热解过程，在前驱体中添加C点，亚游九游会已经演示了一种环保的G-CNFs膜。在热解过程中，c点在CNFs中空间扩散，并通过自交联在CNFs表面原位形成石墨烯纳米片结构。ALD能在g - cnfs基底上以低载荷(3.4 g cm2)均匀分散Pt纳米团簇。Pt与石墨烯之间的强相互作用对提高Pt纳米团簇催化剂的活性和稳定性起着至关重要的作用。优化后的ALD生长在50-Pt/G-CNFs电极上，在10 mA cm2电流密度下，在酸性和碱性电解液中过电位分别为128和177 mV。ALD生长的50-Pt/G-CNFs的质量活性明显高于商用Pt/C催化剂。LSC-EC水分离系统在无外部偏置的1日光照下，总溶解度可达0.22%。改进光吸收剂和电解槽是必要的扩大这种太阳能水分裂技术。总的来说，这项工作代表了在实现HER电极的氢生产和潜在的能量存储和转换应用方面迈出的重要一步，这些应用需要高效率、高耐久性和低材料和加工成本。

图1. 制备流程图和表征。

图2. a-d) ALD 50-Pt/G-CNFs和e-h) ALD 50-Pt/CNFs对应区域和元素剖面的HAADF-STEM图像。图中(c)和(g)为Pt的尺寸分布，热解温度为1400℃，(a) - (d)的c点浓度为1 wt%。对于两个样品，ALD循环为50。。

图3。a)不同c点含量g - cnf的电导率曲线。b) ALD 50-Pt/G-CNFs和ALD 50-Pt/CNFs的高分辨率Pt 4f XPS光谱。ALD 50- pt / g - cnf的C-dots浓度为1 wt%， ALD循环为50。

图4析氢性能。

图5，a)模拟太阳模拟器(AM 1.5 G, 100 mW cm2)下LSC的照片;b)自然阳光照射(80 mW cm2)下低浓度和高浓度C-dots制作的LSC的J V曲线。LSC的受照表面积为100 cm 2。c) lsc驱动的水分裂装置在自然阳光照射下不同功率密度下的it曲线。d) lsc驱动的分水系统示意图。e)模拟am1.5 G光照(100 mW cm2)下LSC的jv曲线和基于ruo2 ALD-Pt/G- cnfs电极的双电极结构的LSV曲线。LSC的受照表面积为16 cm 2。f)模拟1.5 G光照(100 mW cm2)，在0.5 m h2so4和1 m KOH中，无外偏压的lsc驱动水劈裂装置在短切条件下的电流密度时间曲线。