Advanced Energy Materials:Ce修饰的Ni(OH)2@NiSe2自支撑电极:一种用于析氧反应的高效电催化剂

电解水是一种有效的制备氢气的方法。限制电解水效率的主要瓶颈在于发生在阳极的析氧反应(OER),该反应涉及复杂的多电子转移过程。因此,迫切需要高效的OER催化剂来降低反应能垒、减少过电位,提高整体的能源效率。一些贵金属催化剂,比如IrO2和RuO2,虽然表现出优异的OER活性,但是资源稀缺和成本较高严重阻碍了其大规模应用。根据报道,一些廉价的Ni基材料,如Ni的氧化物、磷化物、硫化物和氢氧化物/羟基氧化物,凭借其结构多样性和对OER中间体具有合适的吸附能而表现出了较高的OER催化活性。然而,这些镍基OER电催化剂中,绝大多数仍需要超过200 mV的过电势才能达到10 mA cm-2的电流密度,催化性能还有待提高。

鉴于上述问题,吉林大学材料科学与工程学院蒋青教授、杨春成教授及其研究团队基于电化学沉积和溶剂热硒化处理构建了Ce修饰[包含Ce掺杂和Ce(OH)3镶嵌在Ni(OH)2中]的Ni(OH)2@NiSe2自支撑电极(Ce-m-Ni(OH)2@NiSe2)。该电极具有以下优势:(1) 高导电性的NiSe2可促进电子从集流器到活性位的传导;(2) 具有开放多孔结构的Ce修饰的Ni(OH)2有利于催化过程中物质的输运;(3) Ce掺杂可有效优化催化活性位对OER中间体的吸附;(4) 镶嵌的Ce(OH)3可促进氧离子的交换和电子的传输。得益于上述优点,Ce-m-Ni(OH)2@NiSe2自支撑电极表现出优异的OER电催化性能,仅需158 mV的过电势就能达到10 mA cm-2的电流密度;塔菲尔斜率仅为27 mV/dec;并具有20小时的耐久性。

本研究工作以提升电化学OER性能为主要目标,设计并构建了Ce-m-Ni(OH)2@NiSe2自支撑电极,在此基础上研究了该电极材料的催化性能及催化反应机理。研究者相信,这项工作将会为设计合成高性能、低成本的电极材料提供新的思路。

论文信息:

Ce-Modified Ni(OH)2 Nanoflowers Supported on NiSe2 Octahedra Nanoparticles as High-Efficient Oxygen Evolution Electrocatalyst

Shi Feng Zai, Xiang Yu Gao, Chun Cheng Yang*, Qing Jiang*

Advanced Energy Materials

DOI: 10.1002/aenm.202101266

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101266?af=R