吉大蒋青教授/郎兴友教授《Nat. Commun.》：在电催化水分解制氢领域取得新进展
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近日，吉林大学材料科学与工程学院 蒋青教授 和 郎兴友教授 团队在电催化水分解制氢领域取得了新的进展。研究成果以 “Lamella-heterostructured nanoporous bimetallic iron-cobalt alloy/oxyhydroxide and cerium oxynitride electrodes as stable catalysts for oxygen evolution” 为题， 于近 日在线发表在《 Nature Communications 》上。
对于电化学分解水制备氢能，由于阳极 OER 动力学缓慢，导致电化学水分解的能量效率很低，阻碍了其广泛应用。此外，在大规模工业生产中，又要求在 <300 mV 的低过电势下，实现 >500 mA cm － 2 的高电流密度。然而，目前大多数催化剂由于本征活性不足、需要使用有机粘结剂等原因，只能在低电流密度下工作数十个小时，远不能满足工业要求。因此发展高效、稳定的非贵金属基 OER 电催化材料十分重要。
图 1. 纳米多孔 FeCo/CeO 2 − x N x 电极的微观结构 及其 O ER 性能 。
为了解决这些问题，本工作制备了一种具有独特结构的纳米多孔异质层状催化剂，其结构由层状 FeCo 和 CeO 2 - x N x 交替分布组成。通过扫描电镜、透射电镜 、 EDS 等多种表征手段证明了 FeCo 和 CeO 2 - x N x 两相的组成，以及 FeCo/CeO 2 − x N x 界面 的存在。
图 2. 纳米多孔 FeCo/CeO 2 − x N x 电极 的稳定性 。
由于独特的多孔层状结构，提供了丰富的活性位点（ FeCo/CeO 2 − x N x 界面）、促进了电子转移和物质传输，并且调节了对中间体的吸附能，这些都使得该电极具有优异的 OER 催化性能（ ~186 mV 的起始过电势、 ~33 mV dec － 1 的 Tafel 斜率以及 ~1.3Ω 的电荷转移电阻 ） 。在 300 mV 过电势下，纳米多孔 FeCo/CeO 2 − x N x 电极可以实现 ~ 1195 mA cm － 2 的电流密度，达到了工业要求（ 5 00 mA cm － 2 ）的 2 倍。 此外，该电极一体化的优势，使其具备足够的机械性能来承受大电流密度下（ >3900 mA cm － 2 ）剧烈的 O 2 释放带来的冲击，并使得其稳定性优于大多数催化剂（在 ~1900 mA cm － 2 电流密度下稳定工作超 1000 小时 ）。
博士研究生曾书培、代天一和鼎新学者博士后时航为本文的共同第一作者。通讯作者为吉林大学材料科学与工程学院蒋青教授和郎兴友教授，该工作得到了国家自然科学基金面上项目和重点项目的资助。
原文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-023-37597-4
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