Advanced Materials: 层状结构是导致块体NiFe氢氧化物在碱性析氧反应中不稳定的罪魁祸首

NiFe层状氢氧化物是非常高效的碱性析氧反应催化剂。作为碱性条件下析氧反应的明星材料,很多研究者致力于研究它极低过电位的机理,或者优化制备条件来进一步降低过电位。虽然电催化剂的稳定性与它的活性都是非常重要的催化剂评价指标,NiFe 层状氢氧化物的稳定性并没有引起大家的关注,主要的原因是它看起来很稳定。研究人员通常只在温和的条件下(电流密度几十毫安/平方厘米,时长几十小时)测试其稳定性。但是这样的测试条件并不是实际应用条件。实际中,电流密度通常需要500毫安/平方厘米左右,工作时长会需要几个月甚至几年,工作温度也需要提升到比如80度。在这样的条件下,NiFe 层状氢氧化物是否还能稳定?  

新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院刘彬课题组通过电化学和原位的表征手段,发现NiFe 层状氢氧化物的层间位点会贡献析氧反应活性。但是在碱性析氧反应过程中,氢氧根离子在层间较慢的扩散速率会导致在层间形成局部酸性环境,从而腐蚀催化剂,导致块体NiFe氢氧化物不稳定。这一问题在大工作电流密度下会更为严重。为了解决这个问题,研究者进一步将NiFe层状氢氧化物剥离成单层,以促进氢氧根离子在催化剂中的扩散。单层的NiFe 氢氧化物能够很好的解决其在碱性析氧反应中稳定性的问题。

此项研究发现并解决了碱性水分解电解槽中析氧反应催化剂的稳定性问题。研究者相信,此项研究有助于水氧化电极材料应用到工业中去。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201903909)