双重电输运调制显著提升电催化活性

xieyi利用电解水的途径制备氢气是获得氢能源的最佳途径之一,而发展高效廉价的析氧电催化剂是实现这一途径的关键制约因素。近年来国内外的大量研究集中在通过设计特殊的电催化剂从形貌调控角度最大化地暴露电催化剂的活性位点来提高电催化的效率。然而,对于如何通过调制电催化剂的本征电输运行为来增强电催化剂析氧性能的研究还相对较少。特别是如何协调优化电催化过程中电子在电催化剂体相内和界面的传输,双重电输运的调制能否进一步的提升析氧电催化剂的活性等问题一直悬而未决。

针对上述挑战,中国科学技术大学谢毅院士团队吴长征教授课题组研究发现金属态的析氧电催化剂具有比相对应的半导体/绝缘态的析氧电催化剂更为优异的电催化活性,这得益于电子在金属态的电催化剂体相内可以实现更快的传输。最近,他们又提出基于金属态电催化剂与导电基底杂化的双重电输运调控策略可以进一步的提升析氧电催化剂的电催化活性。为了验证这一模型概念,他们构建了金属态Ni3C纳米颗粒与导电碳的杂化结构(Ni3C/C)。本征金属态的特性可以加快电荷在电催化剂体相内的传输,导电碳的支撑又可以促使电荷在电催化剂表面的传导。受益于双重电输运的协同调控,Ni3C/C实现了显著增强的电催化析氧性能。例如在0.4V的过电位下,Ni3C/C的OER电流密度高达140 mA/cm2, 分别是金属态Ni3C,NiO/C和绝缘态NiO的5.6倍,10倍和40倍。该工作为设计高效廉价的OER电催化剂提供了新的思路。

相关工作发表在近期的Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201505732)上。