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陈子亮/康振辉等NML：重构的NiOOH/La(OH)3上吸附固定硫酸根离子，有效提高OER活性

时间：2023-08-24 来源： 浏览：

陈子亮/康振辉等NML：重构的NiOOH/La(OH)3上吸附固定硫酸根离子，有效提高OER活性

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电催化水分解提供了一个可持续的途径来生产高纯度的氢气。然而，阳极析氧反应(OER)的缓慢动力学严重降低了水电解的效率。为了解决这个问题，贵金属氧化物如IrO 2 和RuO 2 通常被用作OER催化剂来降低反应的能垒，但它们高昂的成本和稀缺的储量限制了其大规模应用。因此，人们最近将注意力集中在低成本的过渡金属(TM)基化合物(例如合金，金属间化合物，(氢)氧化物，硫化物，磷化物和硼化物)上，并致力于将其发展成高性能的OE电催化剂。尽管近年来取得了很大的进展，但探索高活性和稳定的新型催化体系以及理解其微观结构与性能之间的关系仍然是一项巨大的挑战。
基于此， 苏州大学陈子亮 、 康振辉 和 柏林工业大学Prashanth W. Menezes 等报道了一种La 2 O 2 S衍生的镍-硫氧化镧(NLOS)催化剂。所制备的催化剂具有以下优点：1.主体结构中存在氧空位，有利于碱性水分解过程中氧化反应的进行；2.主体结构中的硫负离子容易从结构中析出，形成多孔结构；3.f-嵌段稀土金属(以硫氧化镧为代表)在催化水氧化反应中发挥关键作用。
实验结果表明，最优的镍掺杂La 2 O 2 S(NLOS-1)在1 M KOH中表现出优异的水氧化活性，在约260mV的超低过电位下提供50 mA cm −2 ，并且在100 mA cm −2 的高电流密度下连续运行3天而没有发生明显的活性衰减。
此外，多种表征和理论计算结果表明，镍的引入不仅有效地减小了催化剂的粒径，而且引入了更多的氧空位，从而导致更多的表面金属位点暴露，加速了界面电荷转移动力学。得益于这些优点以及NLOS中所有组分的协同作用，其表面被深度重构为多孔NiOOH/La(OH) 3 异质结构，同时伴随着硫物种的脱离，其中高度分散的超小NiOOH纳米畴被大量非活性La(OH) 3 以伪周期排列分隔开，这保证了催化剂表面活性位点的充分暴露和可及性，并促进了OER过程中有效的物质传递。
更重要的是，该异质结构能够有效地吸附和稳定催化剂表面的硫酸根离子，不仅显著地调变了催化剂的电子结构，提高了催化剂对氧还原反应中间体的吸附自由能，而且有效地保持了催化剂的长期高活性。
Immobilization of Oxyanions on the Reconstructed Heterostructure Evolved from a Bimetallic Oxysulfide for the Promotion of Oxygen Evolution Reaction. Nano-Micro Letters, 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01164-9
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