北科王戈/黄秀兵ACS Catal.: 富氧空位Co3O4和结晶-非晶NiFe-LDH组成异质界面用于析氧反应

电解水以其无污染、来源丰富、可再生能源等特点有望实现可持续制氢。然而，由于四电子耦合质子转移步骤的高能垒引起的动力学缓慢，通过水电解制氢的能量效率受到阳极析氧反应(OER)的严重阻碍。因此，设计和开发高性能OER电催化剂以加速电子转移并减少甚至打破动力学瓶颈迫在眉睫。

基于此，北京科技大学王戈、黄秀兵等合成了一种以一维Co₃O₄纳米线为核、二维NiFe-LDH纳米片为壳的泡沫镍(NF)负载电催化剂(NiFe-60/Co₃O₄@NF)。

F取代可以提高Co(OH)F@NF的化学和热稳定性并增加规则分布的氧空位浓度，从而优化电子结构并激活Co₃O₄@NF的晶格氧，它缩小了OER的动力学势垒。

在随后的电化学沉积过程中，由于反应条件温和，反应时间极短，形成了具有结晶/非晶混合结构的NiFe-LDH。非晶区富含丰富的具有高活性的配位不饱和金属位点，而结晶区则保持稳定。

因此，构建了主要由NiFe-LDH中的Ni物种组成的异质界面。由于在异质界面的帮助下产生的电荷转移通道，Co₃O₄@NF中的Co物种和NiFe-LDH的非晶区Fe物种之间产生强大的相互作用。

上述增强了代表热力学性质的催化活性，并加快了代表动力学性质的电荷转移速率。因此，NiFe-60/Co₃O₄@NF在100 mA cm^-2和500 mA cm^-2的电流密度下，过电位分别为221 mV和257 mV，Tafel斜率为34.6 mV dec^-1。

此外，该催化剂在290 mV的恒定过电位下也表现出良好的长期稳定性，24小时内电流密度损失仅为4.4%。上述结论可能为设计对OER和其他催化反应具有高性能的电催化剂提供独特的策略。

Constructing a Hetero-interface Composed of Oxygen Vacancy-Enriched Co₃O₄ and Crystalline-Amorphous NiFe-LDH for Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c03960

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北科王戈/黄秀兵ACS Catal.: 富氧空位Co3O4和结晶-非晶NiFe-LDH组成异质界面用于析氧反应

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