川大姚亞東教授團隊CC報導丨有機陰離子插層的氫氧化鈷的無定形化:OER性能顯著提高

2021-02-15 科學10分鐘

近年來，層狀過渡金屬氫氧化物（LTMHs）被不斷探索，研究者們通過各種調控手段實現了LTMHs的電催化性能的不斷提升。其中，陰離子插層是一種簡單有效的手段，它利用LTMHs的層間離子可交換性，將具有大分子鏈的有機陰離子插入層間，擴大其層間距，提高電催化活性。其次，無定形相具有大量的缺陷與空位，提供了眾多的活性位點，因此提高無定形相的含量也是提高材料電催化活性的重要手段。但是，結合插層與無定形化兩種手段來提高材料電催化性能還未被探索過。

四川大學材料學院姚亞東教授課題組通過對有機陰離子插層的氫氧化鈷進行熱處理，進一步提高了材料的無定形相的含量，從而顯著提升了該電極材料的水氧化電催化性能，僅需266 mV的過電位驅動70 mA cm-2的電流密度。通過水熱法將十二烷基硫酸根插入氫氧化鈷的層間，擴大其層間距；再通過熱解手段，增加材料的無定形相。層間距的擴大與無定形相的增加提供了大量的活性位點，因此材料的電催化水分解能力顯著提高。

   

Fig. 1. (a) LSV curves for RuO2/NF, P-DS-Co(OH)2/NF, DS-Co(OH)2/NF, and bare NF for water oxidation. (b) Corresponding Tafel plots for RuO2/NF, P-DS-Co(OH)2/NF, and DS-Co(OH)2/NF. (c) Time-dependent current density curves for P-DS-Co(OH)2/NF and DS-Co(OH)2/NF at 1.62 V without iR correction. All experiments were conducted in 1.0 M KOH unless otherwise stated.

如圖1所示，相對於陰離子插層的氫氧化鈷（DS-Co(OH)2），經過熱解處理的陰離子插層氫氧化鈷（P-DS-Co(OH)2）顯示出了更高的水氧化催化活性、穩定性與較小的塔菲爾斜率。

Fig. 2. HRTEM images for (a) DS-Co(OH)2 and (b) P-DS-Co(OH)2.

如圖2所示，熱解過後，由於材料中發生脫羥基、鈷元素的氧化和十二烷基硫酸根的分解，使得層狀結構紊亂，無定形相大量增加。

在本文中，我們通過十二烷基硫酸根插層氫氧化鈷，擴大了氫氧化鈷的層間距，再利用熱解手段增加其無定形相的含量，從而製備了具有優異水氧化電催化性能的低結晶度電極材料。該研究不僅為通過水電解大規模生產氫燃料提供了有前途的納米陣列水氧化催化劑材料，而且還提供了一種有吸引力的策略，用於提高陰離子嵌入層狀過渡金屬氫氧化物的催化活性。

文章信息：Pyrolysis of a self-supported dodecyl sulfate anion-intercalated Co(OH)2 nanosheet with enlarged amorphous phase content towards enhanced activity for alkaline water oxidation. Chem. Commun., 2019, 55, 11211-11214.

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