EcoMat:三元过渡金属氧化物晶体晶体与电子结构协同调控及其电催化产氧性能研究

寻找具有良好活性和稳定性的非贵金属电催化剂已引起广泛关注。过渡金属氧化物具有丰富的化学性质和多变的氧化态,被认为是一种理想的水分解电催化材料。通过识别金属氧化物,特别是多组分金属氧化物中金属阳离子间的相互作用,优化晶体和电子结构,对于高效产氧的电催化剂的设计具有重要意义。

西安交通大学沈少华教授课题组采用简单的水热法在镍网(NF)上原位生长出一元过渡金属氧化物NiOx/NF、CoOx/NF和FeOx/NF,并发现FeOx/NF具有最优的电催化产氧性能。为了进一步提升FeOx/NF的电催化性能,将Ni或/和Co引入到FeOx/NF中,获得了二元过渡金属氧化物NiFeOx/NF和CoFeOx/NF以及三元过渡金属氧化物NiCoFeOx/NF。电催化测试结果显示,相比于FeOx/NF,NiFeOx/NF和CoFeOx/NF的电催化性能无明显提升,而NiCoFeOx/NF的电催化产氧性能则大幅改善。对于NiCoFeOx/NF而言,当电流密度为100 mA cm−2,其过电位仅有383 mV。一系列表征结果显示,Ni和Co同时引入影响了FeOx/NF的晶体结构(单晶向多晶的演变)和电子结构(Fe原子周围电荷重排)。此外,在三元NiCoFeOx/NF中,Fe作为电子转移的桥梁,促进电荷从Co向Ni的转移,使Co呈现更强的酸性(路易斯酸),从而激活水分子。

本研究者相信,此项工作为更好的理解晶体结构和电子结构演变的本质提供了参考,为开发性能优异的电催化剂提供了一种简便的方法。相关论文”Identifying the Crystal and Electronic Structure Evolution in Tri-component Transition Metal Oxide Nanosheets for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution”发表在EcoMat上。