近日，中南大學粉末冶金國家重點實驗室雷永鵬教授研究組在非貴金屬電催化材料領域取得重要進展，相關成果接連發表在《Energy & Environmental Science》(IF=33)、《Small》(IF=11)、《Journal of Energy Chemistry》(IF=5.2)等國際權威期刊。
對於可充金屬-空氣電池和全解水而言，析氧反應（OER）極其重要。但由於該反應高的活化能和緩慢的動力學，需要大過電勢來加速反應。為調控局域電子構型並提高OER的催化活性，作者採用陽離子取代和陰離子空位的雙調控策略，通過氰基交聯和溼化學還原法，合成了一種具有高穩定性、優異OER催化活性的富氧空位的Fe-Co-O超薄納米片。該催化劑的過電勢和塔菲爾斜率分別是260mA cm-2和53 mV dec-1，是已報導的氧化物粉末催化劑的最高水平之一。
理論計算對結果進一步作了解釋。從原子尺度上，該工作為「陽離子取代/氧空位」和「電催化活性」之間的內在關係提供了深刻的理解。該成果發表在《Small》，王啟晨（我校2018級博士生）和薛雄雄博士（湖南大學）為共同第一作者，雷永鵬和湖南大學馮頁新教授為共同通訊作者。清華大學李亞棟院士、王定勝教授及我校熊翔教授給予了重要指導。
（a）雙金屬氧化物OER活性比較，（b）富氧空位的Fe-Co-O的理論模型，（c）陽離子取代策略的理論計算
由於量子限域效應，超薄二維過渡金屬硫族化合物（TMDs）展現了非常好的電子特性和化學性質。化學氣相沉積（CVD）法製備的TMDs具有原子級厚度，表現出純度高、組成可調、尺度均勻等優點，為理解電催化材料的構效關係提供了一個良好平臺。原子尺度的表界面調控策略可有效調變CVD生長的TMDs的原子排布和電子結構，並提高導電能力。
作者對CVD方法合成的TMDs進行了歸納，闡述了各種界面、表面調控方法（幾何維度調控、缺陷工程、摻雜改性、相轉變、應力調控、異質結構建），對其在電催化領域的應用進行了總結，結果發表在國際頂尖期刊《Energy & Environmental Science》。王啟晨為第一作者，雷永鵬、清華大學王定勝、湖南大學段曦東為共同通訊作者。清華大學李亞棟院士給予了重要指導。
針對電催化的CVD合成TMDs原子級工程策略示意圖
針對高效、廉價金屬電催化材料研發，雷永鵬等在泡沫鎳上合成了高活性、高穩定的NiCoP納米葉陣列（NiCoP@NF），在水-鹼電解槽中，該自支撐電極只需要1.87V的電壓就能提供200mA cm-2的電流密度；在太陽能水分解裝置中，其制氫效率高達11.4%。為開發低成本的非貴金屬電解水催化劑及其綠色可持續的產氫提供了借鑑。該結果發表於中國科技期刊卓越行動計劃重點期刊《Journal of Energy Chemistry》，我校陳雷博士為第一作者，雷永鵬為通訊作者。唐有根教授給予了重要指導。
本文來自：中南大學官網。