基于过渡金属的纳米材料是一类新兴的具有高活性和低成本的预催化剂,可有效用于碱性电解槽中的析氧反应(OER)。然而,目前大多数OER预催化剂会经历缓慢或不完全的自重构,以生成真正的活性位点,这显然是获得高OER性能的耗时过程。
有鉴于此,澳大利亚莫纳什大学Cordelia Selomulya教授,复旦大学赵东元院士,美国斯坦福大学Jing Tang报道了一种新型的OER预催化剂,它可以通过快速和深度的自重构(SELF-RECON)来实现高活性的OER物种。
文章要点
1)基于PBA的离子交换方法合成了由NiMoO4(核)和NiFe/NiFeO纳米粒子组成的核壳结构的N掺杂无定形碳(壳)(NiMoFeO@NC)预催化剂。简单地说,在泡沫镍上生长得到NiMoO4,然后在90 °C的K3[Fe(CN)6]溶液中浸泡10分钟以获得NiMoO4@PBA(KNi[Fe(CN)6],以下记为PBA),最后在300℃,N2气氛下,煅烧2 h,以生成NiMoFeO@NC。
2)结果显示,NiMoFeO@NC催化剂可以同时实现MoO42-的快速溶解和NiOOH的快速生成。
3)原位拉曼光谱、电子显微镜、X射线光电子能谱和电化学测试表明,自修复后得到的NiFeOOH/NiFe-LDH是真正的活性物种,其活性优于NiMoFeO@NC,具有超低的过电位和极高的预催化剂长期稳定性。
研究发现为设计和制造高性能的水电解槽OER催化剂开辟了一条新的途径,也为进一步通过SELF-RECON研究其他性能更好的电催化剂(如CO2,N2电化学还原)提供了新的思路。
Wang et al., Anion Etching for Accessing Rapid and Deep Self-Reconstruction of Precatalysts for Water Oxidation, Matter (2020)
DOI:10.1016/j.matt.2020.09.016
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.09.016