電化學(xué)水分解因其能夠有效緩解能源危機和儲存太陽能和風(fēng)能而受到廣泛關(guān)注。為了實現(xiàn)電化學(xué)水分解的商業(yè)化應(yīng)用，開發(fā)高效、耐用、低成本的電催化劑至關(guān)重要。尖晶石氧化物(AxB3-xO4)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對其進(jìn)行修飾改性以提高其催化活性有利于推動電化學(xué)水分解的進(jìn)一步發(fā)展。
近日，上海交通大學(xué)劉攀和宋鈁等通過共晶脫合金化的方法成功地合成了熵穩(wěn)定的NiFe2O4型單相尖晶石氧化物多孔納米線，并研究了其在整體水分解中的性能。具體而言，研究人員制備了尖晶石NiFeXO4(X=Fe，Ni，Al，Mo，Co，Cr)催化劑。該催化劑在10 mA cm?2電流密度下的OER過電位僅為195 mV，優(yōu)于大多數(shù)尖晶石相OER電催化劑。此外，利用NiFeXO4作為陰極和陽極組裝的電解槽僅需1.535 VRHE的電壓就能夠達(dá)到10 mA cm?2的電流密度；該電解槽能夠在10 mA cm?2的電流密度下連續(xù)運行超115小時，并且電壓下降可忽略不計。實驗結(jié)果和理論計算表明，多價陽離子取代導(dǎo)致大量晶格畸變和金屬3d和O 2p軌道的顯著電子耦合以增加共價。同時，NiFeXO4具有高的熵穩(wěn)定性構(gòu)型，它們的協(xié)同作用有利于H2O分子的吸附，降低了OOH*中間體的吸附能壘。催化劑高度納米多孔的結(jié)構(gòu)有助于提高催化劑的反應(yīng)活性位點，以上因素協(xié)同增強了OER反應(yīng)活性。這項工作強調(diào)了多組分替代策略在生產(chǎn)高度持久和活性的尖晶石催化劑方面的有效性，這為設(shè)計和制備穩(wěn)定的多組分尖晶石氧化物提供了一種有效的策略。Entropy-Stabilized Multicomponent Porous Spinel Nanowires of NiFeXO4 (X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr) for Efficient and Durable Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Medium. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10247
