Nano Letters: ?羥基氟化物表面自重構催生高效OER催化劑

【引言】

高性能電催化劑在許多能源轉換和存儲系統中發揮著重要作用。作為水分解技術、燃料電池、和金屬-空氣電池中的關鍵反應，水氧化反應（OER）目前主要使用的是典型的高成本和稀缺的貴金屬氧化物(RuO₂/IrO₂)進行催化。此外, 過高的過電勢(η)驅動OER反應不僅降低能量轉換效率而且不利于設備的實際應用。因此，人們付出了巨大的努力來開發基于過渡金屬的OER催化劑來替代貴金屬。

【成果簡介】

近日，美國愛荷華州立大學胡珊 (通訊作者) 課題組報道了羥基氟化鐵鎳納米片陣列在OER條件下可自重構，進而誘發催化劑表面化學成分及相演變。在OER條件下，F從NiFe-OH-F表面析出，催化劑晶態表面轉變為介孔狀和非晶態NiFe羥基氧化物層。表面重構后的催化劑（NiFe-OH-F-SR）在1M?KOH中所表現出的催化活性相比于直接合成的催化劑提高了58倍（@?220 mV過電位）: 在10 mA cm^-2?OER電流密度下，過電勢僅176 mV。

【圖文導讀】

圖1?直接水熱合成的NiFe-OH-F

(a, b) 鎳鐵羥基氟化物SEM?形貌圖

(c,?d) 鎳鐵羥基氟化物HAADF-STEM?圖

圖2?CV 測試

（a）前50圈CV曲線

（b）前500圈CV曲線

（c）穩定性測試 （@50 mAcm^-2）

圖3原位表面重構前后 形貌、化學組成、及晶相對比

(a) SEM, (b-d) HAADF-STEM, (e,f) HAADF-EDX mapping, (g-i) XPS, (j) XRD

圖4表面重構后的HAADF-STEM截面圖

圖5 電化學測試

（a）LSV/CV, ?(b-d) 過電勢, ?(c) 塔菲爾斜率, ?(d) 性能對比, ?(e) EIS 曲線,(f) BET 測試

【小結】

研究人員第一次報道了氟離子在鐵鎳氫氧化物中原位析出引發的表面重構現象能夠大幅度提高催化劑的催化活性。該重構能夠改變材料表面化學成分，晶相，納米結構及表面積，故有望擴展到其他電極/電解質相關的能源轉換及存儲應用。

文獻鏈接：Zhang, B.; Jiang, K.; Wang, H.; Hu S. Fluoride-Induced Dynamic Surface Self-Reconstruction Produces Unexpectedly Efficient Oxygen-Evolution Catalyst. Nano Letters (2018) DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04466?

本文由研究者團隊供稿，編輯部編輯整理。

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。