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氮化硅薄膜窗口用于Co3O4和P1-Co3O4的晶体结构的表征

发布时间:2021-03-04 15:53:35

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近日,武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院/材料复合新技术国家重点实验室麦立强教授团队利用微纳器件研究了P掺杂氧化物在电化学活化过程中电导的连续演化,研究并证实了新形成的氧化物与P-O基团之间的诱导电子耦合。偶合的P-O基团有效地促进了新形成的氧化物的金属-氧共价性,从而加速了活性金属中心与氧吸附质之间的电子转移,从而提高了电催化活性。该团队认为这种独特的片上电化学微器件平台也可以应用于其它相关领域,以了解纳米尺度下能量材料的动态行为。相关成果以题为“Unveiling the role of surface P–O group in P-doped Co3O4 for electrocatalytic oxygen evolution by On-chip micro-device”发表在《Nano Energy》上。


过渡金属磷化物或部分磷化的氧化物在析氧反应中通常会发生表面重构,但仍比直接合成的氧化物具有更高的催化活性,因此探索其高催化活性的原因引起了人们极大的兴趣。在OER过程中对催化剂的电子性质进行监测,可以对催化性能提供重要的认识。

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(a)P–O基团诱导OER活性增强的示意图(b)基于单个薄膜的平面电化学微型器件


该研究通过设计一种基于单个P1-Co3O4薄膜的平面电化学微器件,首次测量了重构晶格磷掺杂Co3O4的电导,建立了重构过程中掺磷Co3O4的本征电导与电化学活性之间的关系,明确了本征电导对P掺杂Co3O4催化活性的影响。该研究还基于这种独特的微器件平台,通过原位I-V测量,实时监测了重构晶格磷掺杂Co3O4在OER过程中的电阻,并发现在高电位下,重构的晶格磷掺杂Co3O4比原始合成的Co3O4具有更快的电荷转移动力学。


此外,该研究认为这种独特的片上电化学微器件平台也可以应用于其它相关领域,以了解纳米尺度下能量材料的动态行为。

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为了阐明Co3O4和P1-Co3O4的晶体结构,该研究还进行了HRTEM分析。原位芯片(@YWMEMS CleanSiN)为Co3O4和P1-Co3O4的晶体结构的表征提供了氮化硅支撑膜,CleanSiN是原位芯片自主研发生产的氮化硅膜品牌。氮化硅膜窗口最薄可至10 nm,在保证超平整、超洁净的质量要求前提下,同时具有良好的机械强度,耐高温特性以及表面导热性。该研究正是利用了氮化硅膜的这些优良特性,利用TEM透射电镜对Co3O4和P1-Co3O4的晶体结构进行了表征。

  

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105748


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