AEM：原位重建的双阳离子缺陷镍铁基催化剂用于超低能耗工业水分解槽

AEM：原位重建的双阳离子缺陷镍铁基催化剂用于超低能耗工业水分解槽

可再生能源驱动的电化学水分解是一种很有前途的近零排放绿色 H2 生产方法。据报道，微量铁掺杂的氧化镍电极可以显著增强动力学较慢的阳极氧析出反应 (OER)。因此，大多数未改性的 NiFe 氢氧化物受到了广泛关注，但它们的催化活性（阈值为 100 mA cm-2）仍然不足。通过操纵活性位点的电子结构来调节 OER 过程中含氧中间体的吸附对于进一步提高催化性能至关重要，这将使镍基工业水分解电解槽更具竞争力。

基于此，广东工业大学的余琳，华中科技大学的方嘉坤、刘又文以及安徽师范大学的刘岩等对双阳离子缺陷对镍铁基催化剂OER性能的相互作用进行了深入的实验和理论研究。

具体而言，理论计算引导Co掺杂与金属位点空位之间的电荷转移，从而微调金属位点的d带中心，获得对含氧中间体的近乎最优的吸附能。基于这些发现，研究人员首先合成了高熵Co、Mo共掺杂的NiFe LDH作为前驱体，然后在OER过程中原位浸出Mo原子，在NiFe氢氧化物（Co，VM-）中同时引入Co掺杂和金属位点空位。

这种基于材料在电化学反应过程中原位变化的合成原理，可以使设计的局域结构直接作用于催化反应。此外，原位电化学阻抗谱和拉曼光谱也表明，阳离子空位和外生Co金属更有利于金属位点的氧化转变。

电化学性能测试结果表明，在1.0 M KOH溶液中，电流密度100 mA cm−2时Co,VM-的过电位低至255 mV，Tafel斜率为43 mV dec−1。

此外，制备的电催化剂可以在工业水分解电解槽中以 8 A 稳定运行 100 小时，能耗极低（≈4.6 kWh m−3 H2）。总之，这项工作表明双离子缺陷工程可以大大提高 OER 活性，工业水分解电解槽中显示的结果促进了实验室构建的新型催化剂的实际应用。

双钴镍铁用于水。，2023 年。DOI：10.1002/aenm。

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