析氧反應(yīng)(OER)是多種能源轉(zhuǎn)化裝置中的關(guān)鍵半反應(yīng)，包括可充電金屬-空氣電池、NRR、CO2RR和水電解槽等。雖然最先進的貴金屬，如銥(Ir)和釕(Ru)，已被證明是OER的基準催化劑，但它們的稀缺性和過高的價格限制了其大規(guī)模應(yīng)用。Ni、Co和Fe基電極在OER中顯示出巨大的潛力，但在工業(yè)條件下的活性和穩(wěn)定性仍不理想。
具有共邊八面體MO6層的二維過渡金屬化合物在OER中的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。例如，NiFe-LDH由于其獨特的2D層狀結(jié)構(gòu)和可控的電子性質(zhì)而在析氧反應(yīng)(OER)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，NiFe-LDH催化劑的最小過電位受限于*O、*OH和*OOH的結(jié)合能之間的尺度關(guān)系。因此，有必要對LDH的活性位點和結(jié)構(gòu)特征進行更深入的了解，以便改進催化劑的動力學(xué)和穩(wěn)定性。
基于此，中國石油大學(xué)(華東)魯效慶、劉思遠和王兆杰等在各種導(dǎo)電襯底上生長用均苯三甲酸修飾的NiFe-LDH催化劑(SU-NiFe-LDH (TA))，以實現(xiàn)高效穩(wěn)定催化OER。實驗結(jié)果表明，得益于較小的橫向尺寸和超薄的結(jié)構(gòu)，SU-NiFe-LDH (TA)表現(xiàn)出超親水性和超疏氣性，其在10 mA cm?2電流密度下的OER過電位低至219 mV，Tafel斜率為31.1 mV dec?1。
此外，SU-NiFe-LDH (TA)能夠在1500 mA cm?2下連續(xù)運行超過1300小時，該過程中沒有發(fā)生明顯的活性下降或催化劑形態(tài)崩塌。
原位光譜表征和理論計算表明，LDH的高性能和穩(wěn)定性來源于錨定在LDH上的羧基的動態(tài)演化。即金屬與配位羧酸鹽之間通過C-O-Fe鍵的耦合阻止了金屬物種的溶解，從而通過靜態(tài)配位穩(wěn)定了電子結(jié)構(gòu)。
此外，OER過程中動態(tài)析出形成的未配位羧酸鹽可以作為質(zhì)子載體，在OER中間體和OH?之間傳遞質(zhì)子，加速OER動力學(xué)。因此，該項工作證明，通過引入具有靜態(tài)和動態(tài)相容性的功能配體，有望實現(xiàn)析氧反應(yīng)穩(wěn)定性和動態(tài)活性的同時提升。
Bioinspired trimesic acid anchored electrocatalysts with unique static and dynamic compatibility for enhanced water oxidation. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-42292-5
