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上交ACS Nano: 多價(jià)陽(yáng)離子取代導(dǎo)致大量晶格畸變，助力NiFeXO4高效持久電催化OER

電化學(xué)水分解因其能夠有效緩解能源危機(jī)和儲(chǔ)存太陽(yáng)能和風(fēng)能而受到廣泛關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)電化學(xué)水分解的商業(yè)化應(yīng)用，開發(fā)高效、耐用、低成本的電催化劑至關(guān)重要。尖晶石氧化物(A_xB_3-xO₄)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)其進(jìn)行修飾改性以提高其催化活性有利于推動(dòng)電化學(xué)水分解的進(jìn)一步發(fā)展。

近日，上海交通大學(xué)劉攀和宋鈁等通過共晶脫合金化的方法成功地合成了熵穩(wěn)定的NiFe₂O₄型單相尖晶石氧化物多孔納米線，并研究了其在整體水分解中的性能。

具體而言，研究人員制備了尖晶石NiFeXO₄(X=Fe，Ni，Al，Mo，Co，Cr)催化劑。該催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為195 mV，優(yōu)于大多數(shù)尖晶石相OER電催化劑。

此外，利用NiFeXO₄作為陰極和陽(yáng)極組裝的電解槽僅需1.535 V_RHE的電壓就能夠達(dá)到10 mA cm^?2的電流密度；該電解槽能夠在10 mA cm^?2的電流密度下連續(xù)運(yùn)行超115小時(shí)，并且電壓下降可忽略不計(jì)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，多價(jià)陽(yáng)離子取代導(dǎo)致大量晶格畸變和金屬3d和O 2p軌道的顯著電子耦合以增加共價(jià)。同時(shí)，NiFeXO₄具有高的熵穩(wěn)定性構(gòu)型，它們的協(xié)同作用有利于H₂O分子的吸附，降低了OOH*中間體的吸附能壘。

催化劑高度納米多孔的結(jié)構(gòu)有助于提高催化劑的反應(yīng)活性位點(diǎn)，以上因素協(xié)同增強(qiáng)了OER反應(yīng)活性。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了多組分替代策略在生產(chǎn)高度持久和活性的尖晶石催化劑方面的有效性，這為設(shè)計(jì)和制備穩(wěn)定的多組分尖晶石氧化物提供了一種有效的策略。

Entropy-Stabilized Multicomponent Porous Spinel Nanowires of NiFeXO₄ (X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr) for Efficient and Durable Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Medium. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10247

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/13/d73a62b8ee/

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