電催化水分解制氫(H2)被認為是解決能源危機和環境問題的最有效途徑之一。然而,由于陽極上的析氧反應(OER)動力學緩慢,導致電化學水分解的能量轉換效率較低。因此,非常需要合理設計高效穩定的電催化劑,以在商業所需的電流密度下進行高效的析氧反應(OER)。
基于此,華中師范大學余穎、中國地質大學(武漢)余家國和吉林大學李莉萍等通過簡單的兩步氧化策略,在泡沫鎳上原位生長超薄鐵改性鎳羥基硫化物(Fe-NiSOH)納米片陣列,以實現高效穩定的大電流水/海水氧化。
泡沫鎳既作為襯底,也作為鎳源生成活性物質,這種簡單的連接使催化劑能夠牢固地錨定在襯底上,保證了在堿性水/海水中有效的電子轉移和良好的耐腐蝕性。此外,通過異位/原位表征和密度泛函理論(DFT)計算表明,Fe-NiSOH電極的原位S浸出不僅加速了其重建過程,而且降低了高活性Ni4+物種的形成能壘,使其在活化過程中很容易形成。
由于其優異的物理和化學性能,Fe-NiSOH催化劑在堿性水中僅需207、240和268 mV的低過電勢即可分別提供10、100和500 mA cm-2的電流密度,并且可以在商業要求的500 mA cm-2電流密度下可穩定運行1100小時。此外,它還表現出優異的海水氧化活性和優異的耐氯腐蝕能力,它可以在500 mA cm-2下穩定運行超過900小時。這項工作提供了一種有效的策略來構建快速自重構電催化劑,以促進高度氧化的金屬物質的形成,從而實現高效和穩定的水/海水氧化。
Rapid Self-reconstruction of Fe-modified Ni Hydroxysulfide for Efficient and Stable Large-current-density Water/seawater Oxidation. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE01478E
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