分步镀膜法制备多孔交联NiFe膜用于高效电催化水氧化

通过水分解反应制备清洁氢气能源是解决目前能源环境危机的重要途径之一。由于其缓慢的动力学,水的氧化极大的限制了水分解反应中的能量转化效率。开发构筑高效的水氧化催化剂因而具有重要的理论与实际研究意义。基于廉价金属镍与铁的复合材料展现出了优异的水氧化催化性能。基于这一体系,怎样开发具有在光伏器件表面利用特性的高效材料仍需一些创造性的研究。

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近期,陕西师范大学曹睿教授与张伟副教授在之前的工作基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4870, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 21852, Adv. Sci. 2015, 2, 1500199, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502489, ChemSusChem 2017, 10, 394),通过分步电镀成膜法制备了多孔交联状的超薄NiFe膜材料。该方法首先通过阴极还原电镀负载Ni催化剂,进而在另一电解质体系中通过循环伏安法掺入Fe物种。制备的膜材料具有良好的表面空隙,利于催化反应中的高效传质,同时交联状的材料特性有利于电催化过程中的电荷迁移。值得提出的是,制备的膜材料由于其超薄性能而具有优异的透光性能,具有在光伏器件表面作为催化剂的潜在应用。

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在1 M KOH水溶液中,制备的膜材料在普通玻碳电极表面仅需要240 mV的过电势来产生10 mA cm−2的催化电流密度。在329mV的过电势下,催化水氧化的TOF值达到了8.7 s−1。这些高效的水氧化性能归因于如下几个方面:第一,NiFe材料的本征高效电催化水氧化性能;第二,超薄催化膜中极低的催化剂负载量;第三,多孔交联结构在传质与传荷中的优异性能。相关研究成果发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201602547)上,并于当期Front Cover做简要介绍。

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