開發(fā)用于析氧/析氫反應(yīng)的高效雙功能電催化劑對(duì)于電化學(xué)水分解制氫至關(guān)重要。高性能電催化劑取決于催化活性和高度可及的反應(yīng)位點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性，而合理設(shè)計(jì)具有所需特性的電催化劑避免繁瑣的制造仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，南京航空航天大學(xué)彭生杰和天津大學(xué)韓曉鵬等使用無模板方法在Ni金屬骨架上原位生長具有明確界面結(jié)構(gòu)的介孔和異質(zhì)結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物Fe2O3 / CuO (MH-TMO)，以實(shí)現(xiàn)高效電催化水分解。在Fe(NO3)3和草酸的存在下，可以在水熱反應(yīng)下合成泡沫鎳上的二維Fe2O3納米片。當(dāng)將Cu(NO3)3添加到反應(yīng)中時(shí)，CuO多面體可以通過晶格匹配生長在Fe2O3納米片上，從而形成介孔和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Fe2O3 / CuO (MH-TMO)。貫穿Fe2O3和CuO的中孔是通過金屬草酸鹽的分解和氣體分子(例如CO2)的去除來實(shí)現(xiàn)的，由于高效傳質(zhì)的高介孔率和用于優(yōu)化反應(yīng)中間體吸附/解吸的雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能的OER和HER以及高效的水分解。MH-TMO在1.0 M KOH中分別在10 mA cm-2的和100 mA cm-2的電流密度下表現(xiàn)出0.22 V和0.26 V的低OER過電位; MH-TMO組裝的堿性電解槽可在1.49 V的極低電壓達(dá)到10 mA cm-2的電流密度以及長期穩(wěn)定性。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，催化劑優(yōu)異的水分解性能主要由于d帶中心的下移和金屬中心電子態(tài)的窄局域化使得水和氫中間體的吸收/解吸得到優(yōu)化，因此電催化的能壘較低；并且其具有吉布斯自由能調(diào)節(jié)的Fe-Cu 氧化物界面上的Fe-O-Cu橋具有最佳的氧結(jié)合，以促進(jìn)氧分子(Fe位點(diǎn))的氧中間體的吸附/解吸。這項(xiàng)工作提供了具有高介孔率和獨(dú)特異質(zhì)結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物的簡便制造方法，并擴(kuò)展了當(dāng)前電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的材料儲(chǔ)備。
Lattice-Matching Formed Mesoporous Transition Metal Oxide Heterostructures Advance Water Splitting by Active Fe-O-Cu Bridges. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200067
