氫能作為一種高效、穩(wěn)定、零碳排放的能源載體，將在未來能源新格局中扮演重要角色，其產(chǎn)業(yè)發(fā)展也為實(shí)現(xiàn)碳中和提供了重要支撐?？稍偕茉措娊馑茪湟呀?jīng)被認(rèn)為是綠氫產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。然而，電解水陽極側(cè)析氧反應(yīng)（OER）為緩慢的四電子反應(yīng)，極大地限制了電解水制氫技術(shù)的發(fā)展。因此，亟需研發(fā)高效、穩(wěn)定且低成本的OER催化劑來提高電解水產(chǎn)氫的整體效率。
近日，新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文教授和北京化工大學(xué)于樂教授合作，通過引入MIL-88A作為自犧牲模板，設(shè)計合成了具有多級中空蛋黃殼結(jié)構(gòu)的Ni-Co-Fe（羥基）氫氧化物@Ni-Co 水滑石基OER催化劑。通過離子交換反應(yīng)，首先將MIL-88A轉(zhuǎn)化為CoFe-LDH@ZIF-67的蛋黃殼結(jié)構(gòu)微米棒，并進(jìn)一步與鎳鹽反應(yīng)，最終制備出Ni-Co-Fe（羥基）氫氧化物@Ni-Co水滑石基多級中空蛋黃殼微米棒（NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR）。
所得NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR具備雙層結(jié)構(gòu)，外部囊泡層由互相連接的NiCo-LDH中空納米籠組裝而成，內(nèi)層為NiCoFe-HO 實(shí)心棱柱。Ni、Co元素在外部囊泡層與內(nèi)部微米棒中均有分布，F(xiàn)e元素則在內(nèi)部的微米棒中分布較多。 在堿性電解質(zhì)（1M KOH）中，NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的OER活性，當(dāng)電流密度為10 mA cm-2時，其過電位低至278 mV，其對應(yīng)的Tafel斜率（49.7 mV dec-1），遠(yuǎn)低于NiCo-LDH 納米片（79.2 mV dec-1）和NiFe-LDH基類曲別針結(jié)構(gòu)（91.2 mV dec-1）。由于其獨(dú)特的多級中空結(jié)構(gòu)和較優(yōu)的元素組成，NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化劑在278 mV時的轉(zhuǎn)換頻率（TOF）值為0.051 s-1，遠(yuǎn)高于其它對比樣品。線性掃描循環(huán)法和計時安培法均表明，NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基催化劑有著良好的穩(wěn)定性。 綜上所述，得益于Ni、Co、Fe元素之間的協(xié)同作用和其獨(dú)特的多級中空蛋黃殼結(jié)構(gòu)，這種NiCoFe-HO@NiCo-LDH YSMR基OER催化劑兼具良好的催化活性和穩(wěn)定性。該工作為高效OER催化劑設(shè)計提供了一種新策略。 論文信息 Construction of Ni-Co-Fe Hydr(oxy)oxide@Ni-Co Layered Double Hydroxide Yolk-shelled Microrods for Enhanced Oxygen Evolution Qian Niu, Min Yang, Deyan Luan, Nian Wu Li, Le Yu* and Xiong Wen (David) Lou* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202213049
