導電金屬介孔材料包含高度暴露的活性位點,并在一系列電化學反應中表現出有效的物質/電子傳輸速率;具有較大介孔的金屬介孔材料有利于大分子的平穩快速傳質。中孔結構可以使用基于溶致液晶(LLC)的模板或通過硬模板方法在金屬中形成。然而,LLC的高粘度限制了前一種方法的適用性,而后者需要多個步驟并且涉及去除模板材料(如SiO2)的苛刻條件。因此,控制化學還原條件和改善膠束自組裝過程對于合成非貴金屬及其合金的介孔結構至關重要。
近日,早稻田大學Toru Asahi和日本國立物質材料研究所Yusuke Yamauchi等通過將NiFe合金與P和B(NiFeB-P)共摻雜,設計并合成了一種用于OER的具有大孔(11 nm)的電催化劑。
在化學還原過程中,B在形成含有許多活性位點的無定形結構中起著至關重要的作用。另一方面,適度的磷化允許額外的P摻雜而不影響介孔形態的基本完整性,并部分保留了非晶結構。在堿性電解質中,所制備的NiFeB-P MNs在10 mA cm-2電流密度下表現出252 mV的低OER過電位,明顯小于B摻雜的NiFe MNs (274 mV)和商業RuO2(269 mV)。
沒有經過磷化的樣品的活性主要歸因于它們的高表面積和源自它們的中孔結構的快速傳質,同時催化劑在水氧化過程中原位形成一層高活性NiFe氧化物/羥基氧化物;向系統中添加P可以調整活性位點的電子結構并增強電導率,從而顯著提高催化劑的固有活性。這項工作為設計高性能水分解電催化劑提供了一種有效的策略,同時也闡明了成分和形態對其性能的影響。
Soft Template-Based Synthesis of Mesoporous Phosphorus- and Boron-Codoped NiFe-Based Alloys for Efficient Oxygen Evolution Reaction. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202203411
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