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?北化所Nano Research：FeCo LDH@Co3O4陣列實現高速率水氧化

工業水電解槽通常在高電流密度下運行，需要大量且持久的活性位點參與。因此，合理設計分級結構的電催化劑對于工業水電解槽至關重要。

基于此，中科院化學研究所胡勁松研究員（通訊作者）等人報道了一種Fe³⁺誘導的納米化策略，并制備了分層FeCo LDH@Co₃O₄（LDH：層狀雙氫氧化物）納米結構陣列，用于高速率水氧化。FeCo LDH@Co₃O₄電極在工業級電流密度為1000 mA·cm^-2下，水氧化過電位為392 mV。當組裝在水電解槽中時，它在1.61 V的低工作電壓下提供100 mA·cm^-2的電流密度；當采用太陽能供電時，具有18.15%的高太陽能制氫效率和穩定的可重復性光響應。

DFT模擬表明，在LDH層中引入具有小離子半徑和高電斥力的Fe³⁺扭曲了LDH層，導致納米片尺寸減小，并能夠形成分層結構。如果沒有Fe3+陽離子的參與，則無法實現這種結構。當將Fe³⁺鹽濃度從0.5 mmol降低到0.3 mmol時，FeCo LDH生長成更大的納米片。此外，當僅添加Co鹽作為金屬源（不添加Fe³⁺鹽）時，Co LDH會以大納米片的形式生長在原始Co₃O₄陣列上方，形成頂層。

為了解LDH納米片的Fe³⁺誘導納米尺寸效應的形成機制，作者模擬了Fe³⁺摻雜和未摻雜的Co氫氧化物層結構（Fe-Co(OH)₂和Co(OH)₂）。由于靜態排斥，M離子被M位點原子隔離，因此禁止在LDH層內形成Fe³⁺-O- Fe³⁺基序。在建模中，每個Fe八面體都被六個鈷八面體包圍。

Constructing hierarchical nanosheet-on-microwire FeCo LDH@Co₃O₄ arrays for high-rate water oxidation. Nano Res., 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-5094-8.

https://doi.org/10.1007/s12274-022-5094-8.

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