赵焱/王兆阳AFM：构建成分梯度分布非晶/结晶CoNiFe-LDH空心纳米笼，用于高效催化OER

氢由于其清洁的特性和高能量密度，被认为是传统矿物燃料最有前途的替代品之一。在众多的制氢方法中，电化学水分解技术是一种成本低廉、环境友善低廉的制氢技术，一直受到人们的广泛关注。然而，析氧反应(OER)涉及复杂的四质子偶合电子转移反应过程，严重阻碍了整个电催化水分解过程。

到目前为止，Ir或Ru基材料仍然是OER的基准催化剂，但贵金属催化剂高昂的价格严重阻碍了其大规模应用。因此，开发低成本、高活性、高耐久性的非贵金属基电催化剂用于高效催化OER迫在眉睫。

基于此，武汉大学赵焱和湖北工程学院王兆阳等采用协同腐蚀沉淀法(CEP)制备了具有非晶/晶相和元素梯度分布的空心CoNiFe-LDH纳米笼。

所制备的CoNiFe-LDH纳米笼具有中空多孔结构，增加了电解质与电催化剂之间的接触界面，缩短了传质和电子转移的距离；非晶/晶态复合结构的协同效应赋予了催化剂优异的电催化活性和稳定性。更重要的是，独特的元素梯度分布导致了成分梯度，这可以提供异质结效应，并在调节形态和电子结构方面发挥重要作用。

因此，在碱性条件下，所制备的CoNiFe-LDH催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位为257 mV，Tafel斜率为31.4 mV dec⁻¹；CoNiFe-LDH在10 mA cm⁻²电流密度下连续运行60小时后仅显示出约7%的过电位衰减，表明其具有优异的稳定性。

密度泛函理论(DFT)计算表明，CoNiFe的过电位(0.78 V)低于NiFe-LDH (1.12 V)，表明Co有效地改变了Ni和Fe的电子结构；与NiFe相比，CoNiFe在价带和导带之间的带隙减小，表明在CoNiFe-LDH纳米笼中Co和Ni/Fe之间的强耦合显着调节电子结构以提高电导率和OER性能。此外，微分电荷密度直观地描述了电子转移，其中Co周围的电子迁移到周围的原子。

结果表明，CoNiFe-LDH纳米笼中的Co化合物不仅作为支撑梯度结构的框架，而且作为活性组分调节催化剂的电子结构，提高了OER的效率。综上，该项工作不仅阐明了OER效能的促进机制，而且为制备高效的电化学水分解催化剂提供了一种新的策略。

Constructing Electrocatalysts with Composition Gradient Distribution by Solubility Product Theory: Amorphous/Crystalline CoNiFe-LDH Hollow Nanocages. DOI: 10.1002/adfm.202300808