基于Ni-Co-Fe hydr(oxy)oxide@Ni-Co LDH多级中空蛋黄壳微米棒的高效析氧催化剂

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氢能作为一种高效、稳定、零碳排放的能源载体,将在未来能源新格局中扮演重要角色,其产业发展也为实现碳中和提供了重要支撑。可再生能源电解水制氢已经被认为是绿氢产业的主要发展方向。然而,电解水阳极侧析氧反应(OER)为缓慢的四电子反应,极大地限制了电解水制氢技术的发展。因此,亟需研发高效、稳定且低成本的OER催化剂来提高电解水产氢的整体效率。


近日,新加坡南洋理工大学楼雄文教授和北京化工大学于乐教授合作,通过引入MIL-88A作为自牺牲模板,设计合成了具有多级中空蛋黄壳结构的Ni-Co-Fe(羟基)氢氧化物@Ni-Co 水滑石基OER催化剂。通过离子交换反应,首先将MIL-88A转化为CoFe-LDH@ZIF-67的蛋黄壳结构微米棒,并进一步与镍盐反应,最终制备出Ni-Co-Fe(羟基)氢氧化物@Ni-Co水滑石基多级中空蛋黄壳微米棒(NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR)。



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所得NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR具备双层结构,外部囊泡层由互相连接的NiCo-LDH中空纳米笼组装而成,内层为NiCoFe-HO 实心棱柱。Ni、Co元素在外部囊泡层与内部微米棒中均有分布,Fe元素则在内部的微米棒中分布较多。

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在碱性电解质(1M KOH)中,NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化剂表现出了优异的OER活性,当电流密度为10 mA cm-2时,其过电位低至278 mV,其对应的Tafel斜率(49.7 mV dec-1),远低于NiCo-LDH 纳米片(79.2 mV dec-1)和NiFe-LDH基类曲别针结构(91.2 mV dec-1)。由于其独特的多级中空结构和较优的元素组成,NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化剂在278 mV时的转换频率(TOF)值为0.051 s-1,远高于其它对比样品。线性扫描循环法和计时安培法均表明,NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化剂有着良好的稳定性。

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综上所述,得益于Ni、Co、Fe元素之间的协同作用和其独特的多级中空蛋黄壳结构,这种NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基OER催化剂兼具良好的催化活性和稳定性。该工作为高效OER催化剂设计提供了一种新策略。

文信息

Construction of Ni-Co-Fe Hydr(oxy)oxide@Ni-Co Layered Double Hydroxide Yolk-shelled Microrods for Enhanced Oxygen Evolution

Qian Niu, Min Yang, Deyan Luan, Nian Wu Li, Le Yu* and Xiong Wen (David) Lou*


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213049




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