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張軍/周炎Small: 電池電壓最低值！雙功能Fe3O4/Au/CoFe-LDH夾層結(jié)構(gòu)電催化劑用于不對(duì)稱電解槽

降低產(chǎn)生氫氣的總電解電位是制造適用的析氫電池的關(guān)鍵目標(biāo)。陽極上的析氧反應(yīng)(OER)并動(dòng)力學(xué)緩慢，與氫氣相比，全水解過程中產(chǎn)生的氧氣是低附加值產(chǎn)品。有文獻(xiàn)報(bào)道，使用有機(jī)分子的氧化代替OER是降低水分解極限電壓(1.23 V)的有效方法。

因此，中國(guó)石油大學(xué)(華東)張軍、周炎等合成了一種雙功能夾心結(jié)構(gòu)的Fe₃O₄/Au/CoFe-LDH催化劑，并將其用來組裝電解質(zhì)不對(duì)稱電池，其中在陽極發(fā)生葡萄糖氧化(GOR)而不是OER，這極大的提升了產(chǎn)氫效率。

Fe₃O₄和CoFe-LDH之間的微量Au顯著提高了催化劑的固有電導(dǎo)率和催化活性。結(jié)構(gòu)表征與電化學(xué)表征結(jié)果表明，F(xiàn)e₃O₄和CoFe-LDH負(fù)責(zé)電催化析氫反應(yīng)(HER)，而Au負(fù)責(zé)電催化葡萄糖氧化(GOR)。

在高電流密度(1000 mA cm^-2)下，F(xiàn)e₃O₄/Au/CoFe-LDH也為HER和GOR提供了出色的電催化活性和穩(wěn)定性。

在具有兩電極配置的兩室電池中進(jìn)行的進(jìn)一步電化學(xué)測(cè)試。結(jié)果表明，F(xiàn)e₃O₄/Au/CoFe-LDH可以顯著降低這種不對(duì)稱電池的整體電位，在進(jìn)行iR補(bǔ)償和未進(jìn)行iR補(bǔ)償?shù)臈l件下，僅需要0.48 V和0.89 V即可達(dá)到10 mA cm^-2電流密度，這是目前所報(bào)道的最低值。

Fe₃O₄/Au/CoFe-LDH的設(shè)計(jì)和合成為在極低的電池電壓下電化學(xué)制氫和葡萄糖酸鹽鋪平了道路，并且可以很容易地與各種太陽能電池匹配。

Bi-Functional Fe₃O₄/Au/CoFe-LDH Sandwich-Structured Electrocatalyst for Asymmetrical Electrolyzer with Low Operation Voltage. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202103307

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