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?Adv. Sci.：金屬-O位點耦合Te空位，優(yōu)化中間體吸附來促進(jìn)OER

陰離子交換膜水電解槽(AEM)是一種利用可再生能源、水和催化劑制取氫氣的技術(shù)。與傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜水電解槽(PEM)和堿性水電解槽相比，AEM水電解槽具有低的生產(chǎn)成本、較少的腐蝕問題和易于操作等優(yōu)點。在AEM水電解槽的兩個基本反應(yīng)中，析氧反應(yīng)(OER)是一個四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，伴隨著多個中間體的吸附和O-O鍵的形成，其高能壘常常導(dǎo)致需要高的過電位來驅(qū)動反應(yīng)的發(fā)生。

現(xiàn)有的催化劑設(shè)計策略主要集中在利用各種貴金屬納米粒子、合金、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等，但貴金屬的高成本限制了AEM的大規(guī)模使用。因此，開發(fā)高效的非貴金屬OER電催化劑對于提高制氫成本的競爭力具有重要意義。

近日，伍倫貢大學(xué)徐迅、Wei Kong Pang和皇家墨爾本理工大學(xué)Peng Li等采用溶液剝離法制備了具有豐富原子空位的二維納米片(2D-MGT_V) M₃GeTe₂(M=Ni/Fe，MGT)，并將其作為堿性O(shè)ER的電催化劑。

實驗結(jié)果和理論計算表明，2D-MGT_V材料中主要存在金屬-O位點和Te空位。與塊狀MGT平面相比，2D-MGT_V增強(qiáng)了Te空位和金屬-O位點的效能：Te空位對*OH的初始吸附和*O的形成很活躍；同時，由于金屬-O物種的M d-O p雜化軌道顯著增強(qiáng)，它們有效促進(jìn)了*OOH和O₂的形成，從而協(xié)同促進(jìn)OER動力學(xué)。

因此，在堿性介質(zhì)中，最優(yōu)的2D-Ni₃GeTe₂催化劑在100 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為370 mV，在200 mV過電位下的轉(zhuǎn)換頻率(TOF)達(dá)到101.6 s^?1。此外，以0.1和1.0 M KOH作為電解液，2D-Ni₃GeTe₂作為電極的陰離子交換膜(AEM)水電解槽在3 V電壓下分別能產(chǎn)生1.02和1.32 A cm^?2的電流密度；并且，該電解槽能夠在2.5 V下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行約7.5小時，證實了2D-Ni₃GeTe₂作為OER電催化劑的潛在應(yīng)用前景。

總的來說，M₃GeTe₂具有豐富的金屬-O配位原子空位，其制備方法易于擴(kuò)展，對其他鐵磁性材料的合理設(shè)計和制備具有一定的指導(dǎo)意義。

2D ferromagnetic M₃GeTe₂ (M = Ni/Fe) for boosting intermediates adsorption toward faster water oxidation. Advanced Science, 2024. DOI: 10.1002/advs.202310115

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