北航：電化學原位自重構誘導製備銅鐵礦類似物作為析氧反應催化劑

2020-09-05 小材科研

在國家自然科學基金重點項目及面上項目（批准號：51532001，51861130360）等資助下，北京航空航天大學郭林教授和物理學院劉利民教授研究團隊報導了一種類銅鐵礦結構材料的設計合成及電催化特性。相關工作以「電化學原位自重構誘導製備銅鐵礦類似物作為析氧反應催化劑（Achieving Delafossite Analog by in-situ Electrochemical Self-Reconstruction as An Oxygen-evolving Catalyst）」為題，於近日發表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（《美國科學院院刊》）上。

高效析氧反應（OER）電催化劑材料的設計與製備是燃料電池、電解水等能量存儲與轉化技術實現突破的核心點之一。層狀材料催化劑具有獨特的結構特徵，受到人們的廣泛關注。層狀化合物銅鐵礦材料發現於1873年，但由於其不良的導電性和固有活性，限制了其在電催化領域的應用。

研究團隊結合銅鐵礦和羥基氧化物兩種層狀結構的特點，通過理論模擬指導，將Ag插層在Co/FeO6八面體層間，設計合成出一種新型的類銅鐵礦結構。有別於傳統的銅鐵礦結構，這種新型的結構具有獨特的電子構型，不僅能夠調製電子結構，提高導電性，而且具有優化的OER能量學路徑，是一種理想的催化劑。

研究團隊發展了一種原位電化學自重構策略，通過電壓誘導的離子溶解-再沉澱，將亞穩態非晶鈷鐵氫氧化物負載銀納米顆粒複合物作為前驅體轉化為非晶態的類銅鐵礦活性物質。該類銅鐵礦結構的催化劑材料在OER電催化過程中表現出優異的活性（電流密度為10 mA cm-2時的過電位為220 mV）和良好的耐久性（在300 h的恆電流測試中工作電位保持穩定）。

該工作提出了一種通過結構設計和改性挖掘傳統材料新應用的方法，為設計新型催化材料開闢了新的思路。

來源：北京航空航天大學

論文連結：

https://www.pnas.org/content/early/2020/08/25/2009180117

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