为了解决化石能源危机和减轻环境污染，人们对开发可再生能源，特别是氢能源的兴趣日益浓厚。电化学水分解制氢(EWS)为生产清洁氢燃料提供了一条可持续的途径。EWS包括两个半反应: 阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)。其中，HER只涉及一个中间体(H*)，在低过电位下很容易发生。相比之下，OER涉及四个电子的转移步骤，导致动力学缓慢，限制了水分解的整体反应效率。因此，迫切需要开发高效的电催化剂来降低OER的过电位以提高能量转换效率。
近日，南昌大学李越湘课题组采用两步电化学法制备了以泡沫镍(NF)为载体的磷酸根离子和Fe3+共修饰的Ni(OH)2/NiOOH电催化剂(Pi-Fe: NiOH)。Fe3+的修饰提高了Fe: NiOH的固有电导率，改变了电子结构，有助于提高磷酸盐的含量；磷酸盐修饰诱导了Ni(OH)2向γ-NiOOH的转变，提高了层间水含量和基面质子电导率，大大降低了Ni(OH)2/NiOOH的动态溶解，有效地通过晶格氧机制(LOM)驱动体相析氧反应(VOER)，并同时促进了电解液在电极表面的润湿和O2的释放。因此，Fe3+与磷酸盐的共修饰产生了多种协同效应，包括增加Ni(OH)2/NiOOH的层间水含量、改善质子的层间传输并阻止Ni(OH)2/NiOOH的动态溶解，最终实现高效VOER。电化学性能测试结果显示，在碱性条件下，Pi-Fe: NiOH催化剂在10和100 mA cm−2电流密度下的OER过电位分别为118±1和222±4 mV。同时，该催化剂在约300 mA cm−2电流密度下能够稳定运行500小时，远优于Ni(OH)2/NiOOH电催化剂(200 mA cm−2下运行6小时就发生明显活性衰减)，突出了其潜在的商业应用价值。总的来说，该项工作证明了阴阳离子共掺杂提高氢氧化物电催化剂性能的可行性，为开发高效、稳定的OER电催化剂提供了新思路。Codecoration of phosphate and iron for improving oxygen evolution reaction of layered Ni(OH)2/NiOOH. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c00229
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