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武汉理工木士春教授、唐浩林教授 Small：掺铁Ni/MoO2空心异质纳米棒阵列驱动高效碱性水/海水电解

时间：2022-11-20 来源：浏览：

武汉理工木士春教授、唐浩林教授 Small：掺铁Ni/MoO2空心异质纳米棒阵列驱动高效碱性水/海水电解

原创化学与材料科学化学与材料科学

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微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#镍钼基催化剂 1 个

#异质结构 6 个

#纳米棒阵列 1 个

#双功能催化剂 8 个

#全解水 4 个

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镍钼基催化剂因其优异的碱性析氢反应（ HER ）活性受到广泛关注。这是因为通常 Ni 原子是优异的水解离位点，而 Mo 原子具有优越的氢吸附能。然而，镍钼基催化剂普遍析氧反应（ OER ）活性不突出（ h ₁₀ > 260 mV ），使 OER 和 HER 活性难以兼顾。因此，激发镍钼基催化剂的 OER 活性对促进其在水电解领域的应用至关重要。

基于此，近日武汉理工大学木士春教授团队与唐浩林教授合作在 Small 上发表题为 “Fe-Incorporated Ni/MoO ₂ Hollow Heterostructure Nanorod Arrays for High-Efficiency Overall Water Splitting in Alkaline and Seawater Media” 的论文。该论文通过自牺牲的模板法将铁原子引入到 Ni/MoO ₂ 体系中构筑了具有空心纳米棒形貌的 NiFe/Fe-MoO ₂ 异质结构催化剂。该催化剂在碱性介质中呈现出优越的 OER 及类铂的 HER 活性。

图 1. 图文摘要

本文要点：

要点一：独特的 NiFe/Fe-MoO ₂ 空心异质纳米棒结构

使用钼酸镍纳米棒作为模板，浸泡于铁氰化钾溶液。由于 Kirkendall 效应，镍离子与铁氰根离子配位的同时伴随着钼酸根离子的浸出，通过控制反应时间可以合成独特的 NiFe/Fe-MoO2 空心纳米棒结构催化剂。

图 2. 催化剂的合成示意图及其形貌和结构特征

图 3. 催化剂的物相及成分特征

要点二：优异的 OER 及类铂的 HER 活性

在碱性介质中（ 1 M KOH ）， NiFe/Fe-MoO ₂ 在 213 mV 的低过电位下可提供 20 mA/cm ² 的 OER 电流密度，优于目前已报道的大多数镍钼基催化剂（图 4 ）。此外，催化剂还具有类铂的 HER 活性，仅需 33 mV 的过电位即可提供 10 mA/cm ² 的电流密度（图 5 ）。催化剂经过 70 h 的恒电流稳定性测试后，其 OER/HER 活性没有出现明显衰减，展现出了优异的电化学稳定性。

图 4. 催化剂碱性纯水中析氧反应（ OER ）性能

图 5. 催化剂碱性纯水中的析氢反应（ HER ）性能

要点三：有效驱动碱性纯水 / 海水电解

将 NiFe/Fe-MoO ₂ 用于碱性水和海水电解。当电流密度为 10 mA/cm ² 时，分别仅需 1.48 和 1.51 V 的电压，展现出优异的水解性能。此外，催化剂还具有出色的稳定性和接近 100% 的法拉第效率。

图 6. 催化剂碱性纯水和碱性海水中的全解水性能

作者简介

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木士春： 武汉理工大学首席教授，博士生导师，国家级高层次人才。长期致力于电解水制氢催化剂、质子交换膜膜燃料电池催化剂研究。以第一作者或通讯作者在 Nat. Commun. 、 Adv. Mater. 、 J. Am. Chem. Soc. 、 Angew. Chem. Int. Ed. 、 Energy Environ. Sci. 等国内外期刊上发表 270 余篇高质量学术论文。

唐浩林： 武汉理工大学首席教授，博士生导师，国家级高层次人才。长期从事燃料电池和锂电池关键材料研究。以第一作者或通讯作者在 Adv. Mater. 、 Adv. Energy Mater. 、 Adv. Funct. Mater. 、 Nano Energy 、 Adv. Sci. 等国内外期刊上发表 100 余篇高质量学术论文。