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超薄多孔NiFeV三元层状双氢氧化物用作高效双功能全解水电催化剂

对完全清洁可再生能源的迫切需求迫使我们聚焦于高性能电解水材料的研究。电解水过程由阴极氢析出(HER)和阳极氧析出两部分反应组成。然而这两个反应都受限于动力学缓慢且要额外的能量(过电势)来使反应在可观的速率下进行。水裂解速度越快,所需的能量也越大。因此需要使用电催化剂来降低水裂解的过电势。然而,迄今为止,性能最优的电解水催化剂都是基于贵金属材料的,如用作阴极的Pt和用于阳极的IrO2 或RuO2。因此,发展高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂尤为重要。

超薄多孔NiFeV三元层状双氢氧化物用作高效双功能全解水电催化剂

近期,新加坡南洋理工大学颜清宇教授课题组在全解水电催化剂研究中取得重要进展。他们通过水热法在泡沫镍基底上生长超薄多孔NiFeV三元层状双氢氧化物,获得了性能优异的全解水电催化剂。NiFeV纳米片横向尺寸为几百纳米,厚十纳米左右。在碱性电解质中,该催化剂在10 mA cm−2电流密度下的OER和HER过电势均较小,分别仅为231 mV 和 125 mV。此外,该催化剂还展现出优异的稳定性。将该材料同时用作全解水反应阴阳极,只需1.5 V单电池电压来驱动水裂解反应,过电势仅为270 mV。该性能优于目前最好的IrO2 || Pt全解水体系,展现出优异的全解水性能。

如此优异的性能可以归因为在Ni基层状氢氧化物中协同引入Fe 和V产生了更好的本征催化活性和更大的活性面积。纳米片的多孔结构赋予了材料充足的电解液渗透和扩散空间。同时,该结构增加了电化学可接触面积,进而提供了更多的活性位点。此外,在泡沫镍基底上原位生长氢氧化物有助于电子传输,大大降低体系的电阻。

该研究探索了一种前景光明的优化非贵金属Ni基氢氧化物催化剂的方法,使得我们对电催化水裂解反应的认识更近一步。相关文章在线发表在SmallDOI: 10.1002/smll.201703257)上。第一作者为博士生Khang Ngoc Dinh

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