江西师大袁彩雷Small：NiFe/NiFeOOH超顺磁性核/催化壳异质结构电化学重构用于磁加热强化析氧反应

江西师大Small：NiFe/NiFeOOH超顺磁性核/催化壳异质结构电化学重构用于磁加热强化析氧反应

过渡金属催化剂因其高催化活性和低成本而被广泛研究，成为Ir/Ru贵金属催化剂的新兴替代品。而电化学重构是获得高活性过渡金属衍生催化剂的一种可行且通用的策略。在电化学析氧反应（OER）过程中，由于氧化电位高，过渡金属常衍生为高价（氧）氢氧化物（MOOH, M =过渡金属）。

然而，由于其较差的导电性，重构的（氧）氢氧化物的非晶性质从根本上阻碍了电化学动力学。在此背景下，空间限制结构不仅为研究人员提供了一种通过与高导电限制主体完全接触来实现过渡金属衍生氢氧化物催化剂超高导电性的有效途径，而且通过保护（氧）氢氧化物不被降解来保证电催化剂的稳定性。

江西师范大学袁彩雷等人基于脉冲激光沉积制备的NiFe纳米粒子成功地限制了电化学重构的高导电碳基质中的NiFeOOH纳米粒子。

有交变磁场刺激的NiFe/NiFeOOH核/壳纳米粒子显示出OER性能的增强，在10 mA cm^-2的电流密度下，具有209.2 mV的过电位，比没有交变磁场刺激的相对应的纳米粒子（342.2 mV）小133 mV。众所周知，超顺磁性是一种出现在小型铁磁性纳米粒子中的磁性形式，与顺磁性一样，当外部磁场被移除时没有磁化，并且也与铁磁性一样，在低磁场的影响下达到高水平的磁化。

因此，在交变磁场刺激下，超顺磁性的NiFe/NiFeOOH异质结构纳米粒子的磁矩随着外部交变磁场的方向快速翻转，从而产生与Néel弛豫相关的磁加热效应，提高了OER性能。采用计时电位法，在电流密度为10 mA cm^-2的条件下以及在交变磁场刺激下，构建的NiFe/NiFeOOH核/壳纳米粒子催化剂在16小时的OER长期稳定性测试中展现了良好的稳定性。电化学测试结果表明，以铁磁性核（NiFe）和高催化活性壳（NiFeOOH）构建的电化学重构的核/壳型纳米粒子能够有效地实现与Néel弛豫相关的局部磁加热，从而大大提高了NiFe/NiFeOOH核/壳型纳米粒子催化剂的OER性能。

为了深入了解NiFe/NiFeOOH核/壳纳米粒子在原子和电子水平的OER性能，本文进行了密度泛函理论（DFT）计算。为了比较OER性能，提出了三种结构模型：NiFe、NiFeOOH和NiFe/NiFeOOH。NiFe/NiFeOOH中OER的速率决定步骤是^*OH到^*O的第二步，其过电位（η_OER = 0.51 V）低于NiFeOOH（η_OER = 0.75 V）和NiFe（η_OER = 1.03 V），具有更高效的OER动力学。

此外，靠近NiFeOOH侧有明显的电荷积累，表明电子从NiFe转移到NiFeOOH的过程。这意味着更有利的吸附反应中间体，从而促进OER活性。DFT计算结果表明，NiFe和NiFeOOH之间的强电子相互作用增强了电荷转移，并通过降低反应中间体的结合强度改善了反应动力学。该研究表明，所设计的超顺磁性核/壳纳米粒子，结合磁加热效应的显著改善，有望成为高效的OER催化剂，其较为封闭结构保证了高导电性和催化稳定性。

Electrochemical Reconstruction of NiFe/NiFeOOH Superparamagnetic Core/Catalytic Shell Heterostructure for Magnetic Heating Enhancement of Oxygen Evolution Reaction, Small, 2022, DOI：10.1002/smll.202205665 https://doi.org/10.1002/smll.202205665.

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2022/12/10/d3983040d2/

​江西师大袁彩雷Small：NiFe/NiFeOOH超顺磁性核/催化壳异质结构电化学重构用于磁加热强化析氧反应

相关推荐

江西师大袁彩雷Small：NiFe/NiFeOOH超顺磁性核/催化壳异质结构电化学重构用于磁加热强化析氧反应