氫氣具有較高的能量密度、無(wú)毒和無(wú)碳排放等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是理想的能源載體之一。電催化水分解法是一種環(huán)境友善且高效的制氫方法。與陰極析氫反應(yīng)(HER)相比，涉及多步電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)需要較高的過(guò)電位來(lái)克服動(dòng)力學(xué)緩慢的問(wèn)題，大大限制了電催化水分解的整體效率。目前，高效OER電催化劑的首選是基于Ru和Ir的材料。然而，它們?cè)谒纸庵械膹V泛應(yīng)用受到稀缺性和高成本的阻礙。為了克服上述限制，有必要設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)有效的高性能OER電催化劑。
近日，西北大學(xué)程永亮、楊方社和申保收等通過(guò)靜電紡絲、氧化、磷化和硼化處理，設(shè)計(jì)并制備了一種優(yōu)異的B, Fe-CoP納米纖維OER電催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，B, Fe-CoP納米纖維具有層次多孔結(jié)構(gòu)，其可以增強(qiáng)電活性位點(diǎn)的可及性并促進(jìn)有效的傳質(zhì)，提高OER活性；同時(shí)，B和Fe的雙摻雜可以更有效地觸發(fā)重構(gòu)氫氧化物中的晶格氧機(jī)制，并且Fe活性中心有效降低了速率決定步驟的能壘，從而加速OER動(dòng)力學(xué)。性能測(cè)試結(jié)果顯示，將B, Fe-CoP納米纖維負(fù)載到泡沫鎳上作為陽(yáng)極，Pt/C作為陰極組裝成的水電解槽僅需1.533、1.618和1.674 V的電壓就能分別達(dá)到100、500和1000 mA cm?2的電流密度，并且該電解槽在200 mA cm?2電流密度下連續(xù)運(yùn)行100后電壓僅升高63 mV。此外，為了驗(yàn)證該催化劑的實(shí)際應(yīng)用潛力，研究人員測(cè)試了其在堿性海水中的OER性能。結(jié)果顯示，B, Fe-CoP納米纖維在1000 mA cm?2電流密度下的過(guò)電位為376 mV，并且在100 mA cm?2電流密度下運(yùn)行200 h過(guò)程中過(guò)電位僅輕微增加42 mV?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算揭示了引入外來(lái)元素對(duì)反應(yīng)機(jī)制的調(diào)控作用，為制備遵循LOM途徑的高活性和穩(wěn)定性O(shè)ER電催化劑提供了一種新的策略。Dual doping of B and Fe activated lattice oxygen participation for enhanced oxygen evolution reaction activity in alkaline freshwater and seawater. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202402264
