近年來,原子尺度界面工程由于其豐富的活性位點和強電子效應,因提高其固有催化活性而受到廣泛關注。然而,由于涉及繁瑣的合成過程和熱力學不穩定性,如何實際調整界面上的原子填料特性是極其困難的。因此,迫切需要探索一種簡單而有效的策略,方便地調整三維過渡金屬基固溶體的原子界面,從而獲得一種自支持的高效水電解OER催化劑。在玻璃液體中,可以通過控制化學成分和冷卻速率,控制其微觀結構從完全非晶到部分非晶復合材料。這為在金屬玻璃(MG)基體中引入具有可控形貌、晶粒尺寸和體積分數的非相固溶納米晶體提供了可能性。此外,MG基質作為一種自支撐底物,由于其獨特的非晶態活性位點,也被證明有利于電催化,從而進一步促進OER活性。
為了證明這一概念,北京科技大學呂昭平、劉雄軍和香港理工大學陳鏡昌等通過調整化學成分和冷卻速度,在Fe-Ni-B金屬玻璃(MG)基體中原位形成高多面FeNi3納米晶體,從而產生有序/無序界面。受益于鋸齒狀界面處的催化活性和穩定的原子臺階,得到的獨立式FeNi3納米晶體/MG復合材料在10 mA cm-2電流密度下的OER過電位僅為214 mV,Tafel斜率為32.4 mV dec-1;并且該催化劑在堿性介質中具有良好的穩定性,優于大多數最先進的催化劑。
實驗結果表明,MGs中動力學阻礙效應產生的階梯界面可以優化具有低配位性質的局部電子結構,有效地加速了活性中間體的形成,降低了OER速率決定步驟的能壘。更重要的是,在液體玻璃中創建這種催化活性階梯式界面可以應用于其他合金體系,如Fe-Ni-(C,P)和Fe-Co-(C,P,B),這為開發高性能過渡金屬基電催化劑提供了一個新的和通用的策略。
Boosting Oxygen-evolving Activity via Atom-stepped Interfaces Architected with Kinetic Frustration. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202206890
原創文章,作者:華算老司機,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2022/09/27/ced44d4a46/