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北科王戈/黃秀兵ACS Catal.: 富氧空位Co3O4和結(jié)晶-非晶NiFe-LDH組成異質(zhì)界面用于析氧反應(yīng)

電解水以其無污染、來源豐富、可再生能源等特點有望實現(xiàn)可持續(xù)制氫。然而，由于四電子耦合質(zhì)子轉(zhuǎn)移步驟的高能壘引起的動力學(xué)緩慢，通過水電解制氫的能量效率受到陽極析氧反應(yīng)(OER)的嚴重阻礙。因此，設(shè)計和開發(fā)高性能OER電催化劑以加速電子轉(zhuǎn)移并減少甚至打破動力學(xué)瓶頸迫在眉睫。

基于此，北京科技大學(xué)王戈、黃秀兵等合成了一種以一維Co₃O₄納米線為核、二維NiFe-LDH納米片為殼的泡沫鎳(NF)負載電催化劑(NiFe-60/Co₃O₄@NF)。

F取代可以提高Co(OH)F@NF的化學(xué)和熱穩(wěn)定性并增加規(guī)則分布的氧空位濃度，從而優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)并激活Co₃O₄@NF的晶格氧，它縮小了OER的動力學(xué)勢壘。

在隨后的電化學(xué)沉積過程中，由于反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)時間極短，形成了具有結(jié)晶/非晶混合結(jié)構(gòu)的NiFe-LDH。非晶區(qū)富含豐富的具有高活性的配位不飽和金屬位點，而結(jié)晶區(qū)則保持穩(wěn)定。

因此，構(gòu)建了主要由NiFe-LDH中的Ni物種組成的異質(zhì)界面。由于在異質(zhì)界面的幫助下產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移通道，Co₃O₄@NF中的Co物種和NiFe-LDH的非晶區(qū)Fe物種之間產(chǎn)生強大的相互作用。

上述增強了代表熱力學(xué)性質(zhì)的催化活性，并加快了代表動力學(xué)性質(zhì)的電荷轉(zhuǎn)移速率。因此，NiFe-60/Co₃O₄@NF在100 mA cm^-2和500 mA cm^-2的電流密度下，過電位分別為221 mV和257 mV，Tafel斜率為34.6 mV dec^-1。

此外，該催化劑在290 mV的恒定過電位下也表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性，24小時內(nèi)電流密度損失僅為4.4%。上述結(jié)論可能為設(shè)計對OER和其他催化反應(yīng)具有高性能的電催化劑提供獨特的策略。

Constructing a Hetero-interface Composed of Oxygen Vacancy-Enriched Co₃O₄ and Crystalline-Amorphous NiFe-LDH for Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c03960

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/18/cb0ea147fa/

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