析氧电催化剂是整体水分解的核心,应满足低成本、高活性、高导电性和性能稳定的要求。
有鉴于此,复旦大学胡林峰教授和科廷大学邵宗平教授等人,设计了一种通用的硒酸辅助蚀刻策略,以金属-有机框架为前驱体,实现具有丰富硒空位的碳包覆3d金属硒化物MmSen (Co0.85Se1−x, NiSe2−x, FeSe2−x)作为高性能的无贵金属析氧反应(OER)电催化剂。
本文要点
1)硒酸在适度条件下部分蚀刻ZIF-67框架,并且还作为硒的来源,最后在惰性气氛下于中等温度下进行煅烧后,最终获得了碳层包覆的MmSen衍生物。重要的是,与传统的一步煅烧方法相比,目前的硒酸辅助蚀刻策略已成功地将丰富的硒空位引入了MmSen/C空心结构中,从而大大增加了活性位点,提高电子电导率,从而减少形成中间体的能垒,因此,观察到在强碱性介质中显着提高了OER的催化活性。
2)具体而言,准备好的Co0.85Se1-x@C纳米笼在OER的电流密度为10 mA cm-2的情况下仅提供231 mV的过电势,而相应的全水分解电解槽在碱性介质中在10 mA cm–2的电流密度下仅需1.49 V。
3)密度泛函理论计算揭示了丰富的硒空位通过提高电导率和减少中间体形成反应能垒来提高催化活性的重要作用。尽管观察到长期运行后会发生相变并形成金属氢氧化物,但催化活性并未受到明显影响,这加强了碳网络在运行稳定性中的重要作用。
总之,该工作为利用硒酸蚀刻辅助空位工程的通用策略实现高性能OER电催化剂提供了新的机会。
参考文献:
Lin Zhang et al. Selenic Acid Etching Assisted Vacancy Engineering for Designing Highly Active Electrocatalysts toward the Oxygen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adma.202007523
https://doi.org/10.1002/adma.202007523