非线性光学活性CuWO4/g-C3N4纳米复合材料的电催化活性研究

《Dalton Transactions》：Exploration of the electrocatalytic activity of nonlinear optically active CuWO4/g-C3N4 nanocomposites

通过微波辅助成功合成CuWO4/g-C3N4纳米复合材料，其结构为球形CuWO4纳米颗粒锚定于g-C3N4表面。材料在超级电容器中表现出111 F/g的高比电容和85%的循环稳定性，同时具有双功能电催化性能，在HER和OER中分别展现10 mA/cm2的电流密度及46/104 mV/dec的塔菲尔斜率。DFT计算证实其电子结构与过电位趋势与实验数据吻合，并揭示非线性光学特性。该材料在储能与催化领域具有应用潜力。

　　

本研究重点利用微波辅助技术成功合成了CuWO₄/g-C₃N₄纳米复合材料，并对其作为电化学超级电容器以及氢气和氧气析出反应的催化剂的潜力进行了深入探讨。结构分析表明，具有三方晶结构的球形CuWO₄纳米颗粒牢固地附着在g-C₃N₄表面上。该复合材料在超级电容器应用中表现出优异的比电容（111 F g^?1）和良好的稳定性（85%）。同时，它还展现了出色的双功能催化性能，在不同的电解液中高效促进了氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）。值得注意的是，其标准电流密度达到了10 mA cm^?2，且Tafel斜率显著降低（HER为46 mV dec^?1，OER为104 mV dec^?1），优于纯CuWO₄。这种纳米复合材料的优异电化学性能归因于g-C₃N₄与CuWO₄之间的协同效应，从而实现了高电容和良好的催化活性。此外，该纳米复合材料在He–Ne激光激发下表现出增强的非线性吸收和折射特性，表明其在光学器件中具有潜在的应用价值。这些发现凸显了CuWO₄/g-C₃N₄纳米复合材料作为多功能材料在能量存储和催化领域的巨大潜力。密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了实验结果，提供了关于这些混合体系电子结构、量子电容、吸附几何形态及过电位的详细信息。计算得到的CuW/gCN与CuW的过电位趋势与实验数据一致。