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Angew. Chem. :基于鎳鐵氧化物構建非晶納米反應器應用于電催化水氧化2023-05-04
隨著全球能源需求的日益擴大和環境問題的不斷惡化,發展可再生能源變得越來越重要。由于較高的能量密度和零碳排放的優點,氫能在眾多的可再生能源中脫穎而出,具有廣泛應用前景。電催化水分解被認為是最清潔、高效的氫制備方法之一。然而,在電催化水分解過程中,析氧半反應(OER)涉及四電子轉移過程,其動力學非常緩慢,嚴重限制了整體水分解的反應速度。因此,學者們采取了諸如雜原子摻雜、缺陷工程等一系列措施來提升OER催化劑的綜合性能。

近日,深圳大學何傳新教授團隊首次將非晶與納米反應器相結合,設計合成了一種具有微通道結構的非晶鎳鐵氧化物作為OER電催化劑,大幅提升了水分解速率,并通過有限元計算揭示了非晶納米反應器促進水氧化反應的內在機制。

 

 

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溫和的自催化反應被用于鎳鐵氧化物基非晶納米反應器 (NiFe-ANR)的制備。前驅體發生反應生成氫氧化鎳鐵納米球后,在自催化的作用下,逐漸在納米球外部生長了非晶的鎳鐵氧化物網格。與此同時,內部的氫氧化鎳鐵被不斷消耗,形成中空結構。最終,經硝酸清洗后,則可獲得中空多孔道的非晶納米反應器結構。在電催化水氧化中,NiFe-ANR的非晶結構有助于將其轉化為高活性的羥基氧化物,并且長程無序短程有序的非晶特性為其帶來許多微小晶界,從而增加了活性位點。此外,實驗和有限元分析證明,納米反應器結構改變了催化劑的空間曲率和傳質過程,實現在催化劑表面富集OH效應。

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在該工作中,何傳新教授團隊首次將非晶和納米反應器結合,實現了界面微環境的調控,使得催化劑具有優異的性能,為高效電催化劑的設計合成提供了一種新策略。
文信息
Amorphous NiFe Oxide-based Nanoreactors for Efficient Electrocatalytic Water OxidationXiaojie Li, Huike Zhang,?Qi Hu, Weiliang Zhou, Jiaxin?Shao, Xingxing Jiang, Chao Feng, Hengpan?Yang, Chuanxin He

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202300478

 

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