Small:利用电化学自重构衍生高活性析氧催化剂

引言:

利用可再生富余电能驱动自然分子(如:H2O、N2CO2)转变化学燃料,是备受关注的可持续绿色能源路径,然而这些电化学过程转换效率普遍受限于动力缓慢的阳极析氧反应(OER)。尽管贵金属Ir/Ru基氧化物具有优异的OER活性,但稀缺的资源和昂贵的价格限制了它们的工业化大规模使用。因此,当前开发设计高活性、低成本的OER催化剂特别重要。最近,大量研究发现很多过渡金属(TM)化合物在电催化OER测试中发生表面自重构,派生的金属羟基氧化物(TMOOH)被认为是真正的催化活性物种。

鉴于此,扬州大学许小勇教授、南京大学周勇教授和南京理工大学曾海波教授等人报道了一种通过前驱物组分设计促进快速且深度自重构的方法,原位派生出高活性的NiFeOOH催化剂。设计可溶解MoO42-插入的NiFe水滑石(NiFeMo-LDH)作为预催化剂,在氧化电势驱动下“刻蚀-重构”动力过程最终获得多孔絮状NiFeOOH催化剂,表现出优越的OER活性和稳定性。作为比较,传统的CO32-链接的NiFeC-LDH并不能表现出明显的重构,催化活性的提升也非常有限。该工作论证了通过预组分管理电化学重构是设计高性能催化剂有效策略。

文章要点:

(1)通过设计组分敏感的预催化剂,实现了完全且快速的电化学自重构,包括:刻蚀剥离、多孔絮状化、配位转型,最终形成一种活跃且稳定OER电催化剂;

(2)利用多种表征技术捕获电化学重构过程中物理、化学结构的演变,捕获到包括MoO42-溶解、晶体崩塌、游离OH配位及原位形成NiFeOOH的动态信息;

(3)获得的NiFeOOH表现优异的OER性能,仅需292 mV过电位达到100 mA/cm2电流密度,并具有长效稳定性。

图文导读:

图1. NiFeC-LDH和NiFeMo-LDH的电化学重构示意图
图2. NiFeC-LDH和NiFeMo-LDH的结构表征
图3. NiFeC-LDH和NiFeMo-LDH的电化学活化和OER性能
图4. NiFeMo-LDH电化学重构的动态结构演化

论文信息:

Engineering Self-Reconstruction via Flexible Components in Layered Double Hydroxides for Superior Oxygen-Evolving Performance

Jiao Liu, Peng Ding, Zexuan Zhu, Wei Du, Xiaoyong Xu*, Jingguo Hu, Yong Zhou*, Haibo Zeng*

Small

DOI:10.1002/smll.202101671

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202101671