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ChemCatChem:自构含锡阴离子基团增强镍铁羟基氧化物碱性电催化析氧反应性能

氢能因其能量密度高和环境友好被认为是未来最理想的能源载体。碱性电解水(AWE)是开发最成熟的制氢技术之一,但缓慢的阳极析氧反应(OER)动力学制约了其效率的提升。在工业AWE中,常用的阳极非贵金属催化剂是镍及其合金,但其性能仍有待进一步改善。镍铁(羟基氧化物(NiFeOxHy)由于其优异的OER本征活性,有望成为一类新型AWE阳极催化剂,备受国际关注。然而,在长时间的碱性OER环境下,该类催化剂中的铁原子容易从晶格中溶解析出,导致性能下降,限制了其在工业产氢中的应用潜力。因此,设计一种有效方法来稳定NiFeOxHy中的铁元素并进一步提高其在碱性OER中的活性和稳定性,成为当前亟待解决的一项关键科学问题。

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针对上述问题,苏州大学功能纳米与软物质研究院陈子亮与柏林亥姆霍兹中心/柏林工业大学Prashanth W. Menezes等研究人员共同报道了一种提升NiFe基催化剂碱性OER性能,尤其是稳定性的新思路。他们通过简单的三电极沉积法将p区金属锡(Sn)掺杂到镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)中,形成了NiFeSn-LDH预催化剂。在随后的碱性OER过程中,掺杂的Sn原位自构为含锡阴离子基团,这些离子在溶解到电解液后,会部分重新吸附在同步重构的NiFe羟基氧化物(NiFeOOH)活性相上。这样稳定存在的含锡阴离子基团可以有效减少NiFeOOH中活性Fe原子的溶解,优化其电子结构,并改善反应动力学。基于这种新方法,泡沫镍支撑的NiFeSn-LDH能够在低至约260 mV的过电势下提供100 mA cm−2的大电流密度,并在工业相关的约500 mA cm−2电流密度下保持超高稳定性。这项工作不仅制备方法简单可控、原料经济实惠,而且为提高NiFeOxHy的稳定性并推动其在工业AWE电解槽中的应用提供了新的策略。

文信息

Efficient Alkaline Water Oxidation Electrocatalysis Enabled via the Modulation of Sn-Containing Anions towards NiFe Oxyhydroxide

Jiaxin Xu, Ruotao Yang, Tianjue Hou, Jinxin Chen, Hongyuan Yang, Dr. Prashanth W. Menezes, Dr. Ziliang Chen


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202400343


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