由于3d金屬和高價(jià)摻雜劑之間的能量學(xué)改變，高價(jià)金屬摻雜的多金屬（氧）氫氧化物在析氧反應(yīng)（OER）方面優(yōu)于貴金屬電催化劑。然而，合理設(shè)計(jì)充分和微妙的調(diào)制器仍然具有挑戰(zhàn)性。基于此，華東理工大學(xué)劉鵬飛博士和Hai Yang Yuan（共同通訊作者）等人報(bào)道了以多金屬層狀雙氫氧化物（LDH）作為OER催化劑，引入了一系列高價(jià)態(tài)摻雜劑（Cr、Ru、Ce和V），它們可以限制LDH模板中的3+價(jià)態(tài)，以防止在OER過程中，相分離和操作數(shù)轉(zhuǎn)移到>3+價(jià)態(tài)以實(shí)現(xiàn)足夠的電子相互作用。通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，這些高價(jià)態(tài)摻雜劑可以調(diào)節(jié)雙金屬NiFe位點(diǎn)的價(jià)數(shù)，加強(qiáng)對(duì)O的吸附，從而降低電位限制步驟（PLS, *OH→*O）的反應(yīng)能，提高OER活性。因此，作者合成了一系列高價(jià)態(tài)金屬摻雜的NiFe-LDH作為高效OER催化劑，其中超薄Cr摻雜NiFe（NiFeCr）LDH表現(xiàn)出最高性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，NiFeCr-LDH在189和284 mV的低過電位下，可以實(shí)現(xiàn)10和1000 mA cm-2的電流密度，分別超過了IrO2和NiFe對(duì)應(yīng)物。此外，NiFeCr-LDH證明了其在陰離子交換膜電解槽中作為陽極催化劑的可行性，與NiMoCo合金陰極結(jié)合以促進(jìn)水分解，或與Ag陰極結(jié)合以催化CO2轉(zhuǎn)化為CO，從而產(chǎn)生較低的全電池電壓在高電流密度。作者認(rèn)為這種operando的高價(jià)態(tài)摻雜策略將為合理設(shè)計(jì)高效的多金屬OER催化劑提供一條新的途徑。Operando High-Valence Cr-Modified NiFe Hydroxides for Water Oxidation. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202200303.
https://doi.org/10.1002/smll.202200303.
