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?西北大學(xué)AFM: B和Fe雙摻雜誘導(dǎo)晶格氧機制，強化堿性淡水和海水氧化活性

氫氣具有較高的能量密度、無毒和無碳排放等優(yōu)點被認為是理想的能源載體之一。電催化水分解法是一種環(huán)境友善且高效的制氫方法。與陰極析氫反應(yīng)(HER)相比，涉及多步電子轉(zhuǎn)移過程的陽極析氧反應(yīng)(OER)需要較高的過電位來克服動力學(xué)緩慢的問題，大大限制了電催化水分解的整體效率。目前，高效OER電催化劑的首選是基于Ru和Ir的材料。然而，它們在水分解中的廣泛應(yīng)用受到稀缺性和高成本的阻礙。為了克服上述限制，有必要設(shè)計和制造經(jīng)濟有效的高性能OER電催化劑。

近日，西北大學(xué)程永亮、楊方社和申保收等通過靜電紡絲、氧化、磷化和硼化處理，設(shè)計并制備了一種優(yōu)異的B, Fe-CoP納米纖維OER電催化劑。

實驗結(jié)果和理論計算表明，B, Fe-CoP納米纖維具有層次多孔結(jié)構(gòu)，其可以增強電活性位點的可及性并促進有效的傳質(zhì)，提高OER活性；同時，B和Fe的雙摻雜可以更有效地觸發(fā)重構(gòu)氫氧化物中的晶格氧機制，并且Fe活性中心有效降低了速率決定步驟的能壘，從而加速OER動力學(xué)。

性能測試結(jié)果顯示，將B, Fe-CoP納米纖維負載到泡沫鎳上作為陽極，Pt/C作為陰極組裝成的水電解槽僅需1.533、1.618和1.674 V的電壓就能分別達到100、500和1000 mA cm^?2的電流密度，并且該電解槽在200 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行100后電壓僅升高63 mV。此外，為了驗證該催化劑的實際應(yīng)用潛力，研究人員測試了其在堿性海水中的OER性能。

結(jié)果顯示，B, Fe-CoP納米纖維在1000 mA cm^?2電流密度下的過電位為376 mV，并且在100 mA cm^?2電流密度下運行200 h過程中過電位僅輕微增加42 mV?？偟膩碚f，該項工作通過實驗和理論計算揭示了引入外來元素對反應(yīng)機制的調(diào)控作用，為制備遵循LOM途徑的高活性和穩(wěn)定性O(shè)ER電催化劑提供了一種新的策略。

Dual doping of B and Fe activated lattice oxygen participation for enhanced oxygen evolution reaction activity in alkaline freshwater and seawater. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202402264

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