Advanced Functional Materials:基于泡沫铁腐蚀构筑高效电催化材料

氢能因其清洁和可再生的优点而被认为有望取代传统的化石燃料。目前,最有前途的制氢方法之一是从地球上丰富的水中电解产生氢气。众所周知,铂基纳米材料表现出最好的电催化性能,然而,Pt的稀缺性和高成本严重阻碍了其实际应用。Ru基纳米材料由于其价格低于Pd、Ir和Pt而被广泛研究,实验和理论计算表明,Ru对氢和含氧中间体表现出优异的吸附特性。因此,Ru基纳米材料有望取代Pt基纳米材料的最有前途的HER催化剂。

青岛科技大学王磊教授、昆明理工大学王劲松博士和澳大利亚斯威本科技大学马天翼教授应用化学腐蚀方法在泡沫铁(FF)基底上快速合成无定形RuO2修饰的FeOOH纳米片(FF-Na-Ru)。该FF-Na-Ru催化剂具有超亲水和疏气的特性,其可与电解质紧密接触,并在电催化过程中气泡可以快速脱离。此外,RuO2和FeOOH之间的强电子相互作用会显著改善电催化反应动力学过程。因此,FF-Na-Ru电催化剂在1 M KOH中对HER(10 mA cm-2 时为30 mV)和全水解(10 mA cm-2时为230 mV)都表现出良好的催化活性。在电化学结果的基础上,进行了密度泛函理论(DFT)计算用于研究RuO2和FeOOH的相互作用对HER电催化活性的影响机理。由于上述优点,所获得的电催化剂具有显著的HER活性和全水解性能,并可由间歇性阳光、风能和热能等可持续能源驱动。

与传统的水热法和电化学沉积等方法相比较,化学腐蚀具有能耗小、效率高、安全性等特点。本文所提出的设计策略在实际应用中显示出巨大的潜力,为合成高效电催化剂开辟了新的方向。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

期刊信息:

Corrosion Engineering on Iron Foam toward Efficiently Electrocatalytic Overall Water Splitting Powered by Sustainable Energy

Zexing Wu,Ying Zhao,Hengbo Wu,Yuxiao Gao,Zhi Chen,Wei Jin,Jinsong Wang,Tianyi Ma,Lei Wang

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202010437