電化學(xué)水分解是一種可以提供以氫燃料形式存儲可再生能源的有效方法。然而，析氧反應(yīng)(OER)是在很大程度上限制了水分解的效率，其涉及多個電子-質(zhì)子耦合轉(zhuǎn)移步驟，通常會導(dǎo)致動力學(xué)緩慢和高過電位，從而限制電化學(xué)水分解的應(yīng)用。據(jù)文獻(xiàn)報道，表面/近表面工程是提高OER電催化劑內(nèi)在活性的有效策略。基于此，新加坡國立大學(xué)John Wang、潘爭輝和浙江農(nóng)林大學(xué)陳浩、龐亞俊等通過一種簡便的淬火方法，同時實(shí)現(xiàn)在NiCo2O4表面金屬摻雜和空位生成(具有氧空位和表面Fe摻雜的淬火態(tài)多孔NiCo2O4納米線)，從而大大提高其在堿性淡水和海水電解質(zhì)中的OER活性。由于淬火過程中反應(yīng)在很短的時間內(nèi)發(fā)生，因此金屬摻雜只會集中在催化劑表面。在淬火的過程中，表面金屬摻雜和表面空位產(chǎn)生能夠調(diào)控NiCo2O4催化劑局部表面/近表面的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境。在1.0 M KOH中，優(yōu)化后的0.5Fe-NiCo2O4納米線在10 mA cm-2的電流密度下的OER過電位低至258 mV。另外，0.5Fe-NiCo2O4納米線在堿性海水中也表現(xiàn)出非凡的活性，在10 mA cm-2的電流密度下的OER過電位低至293 mV。密度泛函理論(DFT)計算表明，由于Fe原子的摻雜，表面Fe摻雜可以極大地優(yōu)化RDS的自由能并提高NiCo2O4 @CC的OER性能；同時，F(xiàn)e摻雜能夠有效調(diào)節(jié)電子態(tài)和調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)OER動力學(xué)。這項(xiàng)工作為過渡金屬氧化物電催化劑的表面工程提供了新見解，所用的淬火策略也為設(shè)計具有高活性和穩(wěn)定性的OER海水電催化劑提供了指導(dǎo)。Quench-Induced Surface Engineering Boosts Alkaline Freshwater and Seawater Oxygen Evolution Reaction of Porous NiCo2O4 Nanowires. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202106187
