Small:化腐朽为神奇—基于泡沫铁的可控吸氧腐蚀制备高效电催化材料

金属腐蚀是一种常见的自然现象,会严重影响金属器件的正常使用,往往对国民经济的发展造成较大损失,所以每年国家都有大量资金投入到金属防腐蚀中。然而,有害的金属腐蚀是否可以应用于其他研究领域,实现“变废为宝”的目的,是一个非常有趣的研究课题。众所周知,金属表面的腐蚀层主要由氢氧化物或氧化物组成,而氢氧化物或氧化物作为高效的催化剂材料在电化学领域被广泛研究。基于以上认识,结合腐蚀科学和材料电化学,腐蚀的金属可能在电催化研究领域具有广阔的应用前景。

华中科技大学王得丽教授课题组通过对泡沫铁的吸氧腐蚀过程进行有效调控,成功制备了高催化活性和稳定性的自支撑催化材料,该方法制备过程简单可控,在常温下操作,有助于制备大块自支撑催化剂材料。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202000663)上。

通过将泡沫铁浸入到不同浓度的“NaCl-NiCl2”水溶液中,调控泡沫铁在双氯化物盐溶液中的析氧腐蚀行为,实现对催化剂形貌、组成和物相的优化。研究发现,溶液中的Cl离子具有高亲水性和穿透性,可以加速泡沫铁吸氧腐蚀过程;而Ni2+在泡沫铁表面发生了置换反应,即“化学镀”过程,该过程有利于腐蚀层在基底表面的均匀生长。制得催化剂的仅需212 mV就可达到100 mA cm-2电流密度的析氧催化剂,并且可以在100 mA cm-2大电流下稳定运行一周时间。优越的析氧活性主要由于腐蚀层的三维多孔和超薄纳米片结构、高导电性和亲水性、形成的NiFe-LDH/FeO(OH)异质结构。利用该制备方法简便易行、成本低和易于放大的特点,成功制备出了尺寸为9×10 cm2的大块自支撑析氧电极。该工作将腐蚀科学和材料电化学相结合,为探索高性能的OER电催化剂提供了一种新研究思路。