汪樂余Sci. Bull.：三維Ni-Co-Se納米網狀陣列結構作為高效的OER催化劑

【引言】

電解水技術產出清潔、可再生的氫能，有利于改善能源結構，緩解環境污染。電解水的陽極半反應——析氧反應（OER）的反應動力學過程緩慢，能耗大、效率低，成為了電解水技術發展的瓶頸。RuO₂、IrO₂等貴金屬氧化物對OER具有高的電催化活性，但其價格昂貴，儲量有限，限制了其規模化實際應用。尋找和開發一種廉價、高效、穩定的析氧催化劑成為了目前該領域研究的熱點與難點。過渡金屬硒化物具有成本低、豐富的價態、獨特的電子結構以及低電阻等特性，在催化電解水領域有極大的潛力，有望替代貴金屬。近日，有學者研究了一種在泡沫鎳（NF）表面原位生長NiCoSe₂納米刷陣列的高效析氧催化劑，具有高比表面積、豐富活性位點、良好導電性以及高穩定性，對降低OER催化能耗、推動新能源發展，有著重要的科學意義。

【成果簡介】

近日，北京化工大學汪樂余(通訊作者)團隊在Sci. Bull.上發布了一篇關于析氧催化劑的文章，題為“3D nickel-cobalt diselenide nanonetwork for highly efficient oxygen evolution”。

作者采用水熱合成法，通過調控氟化銨的用量，分別得到具有納米棒、納米刷和納米片形貌的NiCo-LDH陣列結構。隨后將NiCo-LDH陣列作為前驅體，利用管式爐熱處理保形硒化的策略，制備了相應三維結構的NiCoSe₂陣列納米網。

研究結果表明，NiCoSe₂納米刷陣列相比于納米棒和納米片有著最大的電化學活性面積，在堿性環境條件下OER性能測試中也表現出最好的活性。

【圖片導讀】

圖1 樣品的TEM圖像

(a-b) NiCoSe₂ 納米片TEM圖像和相應的HRTEM圖像；

(c-d) NiCoSe₂納米棒從NiCoSe₂納米刷/ NF網絡中分離;

(e) EDX元素映射圖像。

圖2 不同氟化銨用量制備的NiCo-LDH/NF樣品的SEM圖

(a) 0 mmol；

(b) 6 mmol;

(c) 12 mmol；

(d-f) 經過硒化熱處理后相應的NiCoSe₂/NF的SEM圖。

圖3 樣品的電化學測量

(a) 在1M KOH溶液中掃速為1mV/s下① NiCoSe₂ 納米刷/NF, ② NiCoSe₂ 納米棒/NF ③ NiCoSe₂ 納米片/NF, ④ RuO₂/NF, ⑤ NiCo-LDH/NF and ⑥ NF 的極化曲線；

(b) 極化曲線對應的塔菲爾斜率;

(c) NiCoSe₂ 納米刷在1.53 V電位下的計時電流曲線;

(d) NiCoSe₂ 納米刷在5000CV循環前后的極化曲線。

【小結】

這篇文章介紹了通過水熱合成與硒化熱處理相結合的方法，制備具有納米棒、納米刷和納米片形貌的NiCoSe₂陣列結構。研究結果顯示，三維結構的NiCoSe₂陣列納米網是性能優異的OER催化劑，其多級納米刷結構比表面積高，充分暴露豐富的催化活性位點，傳質速率快，產物O₂逸出迅速。本工作從過渡金屬催化劑的結構設計和微結構調控入手，利用構-效關系全面提升OER性能，為非貴金屬催化劑的設計和制備提供了一個新材料和新思路。

文獻鏈接： 3D nickel-cobalt diselenide nanonetwork for highly efficient oxygen evolution??(Sci. Bull., 2017, 62(20): 1373-1379，DOI:10.1016/j.scib.2017.09.012)

本文由Science Bulletin編輯部供稿，材料牛編輯整理。

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