微波法快速、原位合成NiFe LDH纳米片阵列用于高效电催化水氧化

作     者：王沙沙 陆徐云 常亚楠 李晓萱 刘影 包建春 

作者机构：南京师范大学化学与材料科学学院 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(22102073 22075147)资助 

主　　题：电催化 氧气析出反应 微波法 NiFe层状双金属氢氧化物 

摘      要：氧气析出反应（oxygen evolution reaction, OER）复杂的动力学和高能量势垒严重制约了电解水生产氢能的效率.基于此,本工作报道了一种简单、高效的微波合成策略,可以在碳布表面快速、原位生长层状双金属氢氧化物阵列（layered double hydroxide/carbon cloth, LDH/CC）,用以提升OER性能.研究发现,溶剂类型对LDHs的原位生长起着至关重要的作用.相比于纯水、乙二醇水溶液和季戊四醇水溶液溶剂,丙三醇水溶液具有适宜的极性,可以有效调控金属离子的表面能和反应过程中金属离子的成核/迁移,进而促进LDHs在碳布表面的原位、均匀生长.与传统的水热法和电沉积法相比,微波法合成的NiFe LDH/CC具有氧缺陷含量高、电化学活性位点丰富、界面电荷转移电阻低和内在活性高等优点.以OER为探针反应,探究并比较了以不同溶剂及合成方法制得的NiFe LDH/CC的电催化性能.测试表明,以丙三醇水溶液为溶剂、采用微波法合成的NiFe LDH/CC性能最好,在100 mA cm-2的过电位（overpotential, η）仅为257 mV（η100）, 400 mA cm-2的过电位仅为331 mV（η400）,持续测试100 h后性能仍保持95%,显著优于以乙二醇水溶液（287和386 mV）、季戊四醇水溶液（309和406 mV）为溶剂的对比样,以及水热法（279和434 mV）、电沉积法（293和380 mV）合成NiFe LDH/CC的电催化性能.进一步,这些性能优于近些年报道的很多过渡金属化合物.这种微波合成策略不仅适用于NiFe LDH,还可以原位合成NiMn LDH、CoFe LDH、NiCo LDH,为高活性LDH的原位、快速合成提供了一种新方法.