原创 化学与材料科学 2022-11-20 12:59 发表于北京
镍钼基催化剂因其优异的碱性析氢反应（HER）活性受到广泛关注。这是因为通常Ni原子是优异的水解离位点，而Mo原子具有优越的氢吸附能。然而，镍钼基催化剂普遍析氧反应（OER）活性不突出（h10> 260 mV），使OER和HER活性难以兼顾。因此，激发镍钼基催化剂的OER活性对促进其在水电解领域的应用至关重要。
基于此，近日武汉理工大学木士春教授团队与唐浩林教授合作在Small上发表题为“Fe-Incorporated Ni/MoO2 Hollow Heterostructure Nanorod Arrays for High-Efficiency Overall Water Splitting in Alkaline and Seawater Media”的论文。该论文通过自牺牲的模板法将铁原子引入到Ni/MoO2体系中构筑了具有空心纳米棒形貌的NiFe/Fe-MoO2异质结构催化剂。该催化剂在碱性介质中呈现出优越的OER及类铂的HER活性。
图1. 图文摘要
本文要点：
要点一：独特的NiFe/Fe-MoO2空心异质纳米棒结构使用钼酸镍纳米棒作为模板，浸泡于铁氰化钾溶液。由于Kirkendall效应，镍离子与铁氰根离子配位的同时伴随着钼酸根离子的浸出，通过控制反应时间可以合成独特的NiFe/Fe-MoO2空心纳米棒结构催化剂。
图2. 催化剂的合成示意图及其形貌和结构特征
图3. 催化剂的物相及成分特征
要点二：优异的OER及类铂的HER活性
在碱性介质中（1 M KOH），NiFe/Fe-MoO2在213 mV的低过电位下可提供20 mA/cm2的OER电流密度，优于目前已报道的大多数镍钼基催化剂（图4）。此外，催化剂还具有类铂的HER活性，仅需33 mV的过电位即可提供10 mA/cm2的电流密度（图5）。催化剂经过70 h的恒电流稳定性测试后，其OER/HER活性没有出现明显衰减，展现出了优异的电化学稳定性。
图4. 催化剂碱性纯水中析氧反应（OER）性能
图5. 催化剂碱性纯水中的析氢反应（HER）性能
要点三：有效驱动碱性纯水/海水电解将NiFe/Fe-MoO2用于碱性水和海水电解。当电流密度为10 mA/cm2时，分别仅需1.48和1.51 V的电压，展现出优异的水解性能。此外，催化剂还具有出色的稳定性和接近100%的法拉第效率。
图6. 催化剂碱性纯水和碱性海水中的全解水性能
作者简介
木士春：武汉理工大学首席教授，博士生导师，国家级高层次人才。长期致力于电解水制氢催化剂、质子交换膜膜燃料电池催化剂研究。以第一作者或通讯作者在 Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等国内外期刊上发表270余篇高质量学术论文。
唐浩林：武汉理工大学首席教授，博士生导师，国家级高层次人才。长期从事燃料电池和锂电池关键材料研究。以第一作者或通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Adv. Sci.等国内外期刊上发表100余篇高质量学术论文。
原文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205683