AM: 層狀結構是導致塊體NiFe氫氧化物在鹼性析氧反應中不穩定的罪魁禍首

2021-01-20 MaterialsViews
NiFe層狀氫氧化物是非常高效的鹼性析氧反應催化劑。作為鹼性條件下析氧反應的明星材料，很多研究者致力於研究它極低過電位的機理，或者優化製備條件來進一步降低過電位。雖然電催化劑的穩定性與它的活性都是非常重要的催化劑評價指標，NiFe 層狀氫氧化物的穩定性並沒有引起大家的關注，主要的原因是它看起來很穩定。研究人員通常只在溫和的條件下（電流密度幾十毫安/平方釐米，時長几十小時）測試其穩定性。但是這樣的測試條件並不是實際應用條件。實際中，電流密度通常需要500毫安/平方釐米左右，工作時長會需要幾個月甚至幾年，工作溫度也需要提升到比如80度。在這樣的條件下，NiFe 層狀氫氧化物是否還能穩定？  

新加坡南洋理工大學化學與生物醫學工程學院劉彬課題組通過電化學和原位的表徵手段，發現NiFe 層狀氫氧化物的層間位點會貢獻析氧反應活性。但是在鹼性析氧反應過程中，氫氧根離子在層間較慢的擴散速率會導致在層間形成局部酸性環境，從而腐蝕催化劑，導致塊體NiFe氫氧化物不穩定。這一問題在大工作電流密度下會更為嚴重。為了解決這個問題，研究者進一步將NiFe層狀氫氧化物剝離成單層，以促進氫氧根離子在催化劑中的擴散。單層的NiFe 氫氧化物能夠很好的解決其在鹼性析氧反應中穩定性的問題。此項研究發現並解決了鹼性水分解電解槽中析氧反應催化劑的穩定性問題。研究者相信，此項研究有助於水氧化電極材料應用到工業中去。相關論文在線發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201903909)

Solar RRL：同質疊層結構提高準二維層狀鈣鈦礦太陽能電池30%的光電轉化效率

氮摻雜硒化鉬-利用相變調控析氫性能

Small Methods：原位生長的CoTe和NiTe納米陣列 在析氧催化反應中活性位點的辨識及其析氫催化性能的評價準則

二維雙MOF雜化：實現高效電化學析氧的新思路

（點擊以上標題可以閱讀原文）


MaterialsViewsChina

官方微信平臺

聚焦材料新鮮資訊

材料大牛VS新秀訪談
MVC論文排行榜每月新鮮出爐
熱愛科研的你還在等什麼，快加入我們一起微互動吧！！！

微信號：materialsviews

微博：materialsviews中國

歡迎個人轉發和分享，刊物或媒體如需要轉載，請聯繫：

materialsviewschina@wiley.com

關注材料科學前沿，請長按識別二維碼


點擊左下角「閱讀原文」，閱讀Advanced Materials原文

相關焦點

  • 【催化】解析層狀雙金屬氫氧化物(LDHs):催化劑、載體和前驅體
    而二維層狀材料因其具有較高的比表面積和獨特的電子特性可作為很好的電極材料，在電催化和儲能中應用廣泛。層狀雙金屬氫氧化物( layered double hydroxides，LDHs) 是一類由兩種或兩種以上金屬元素組成的金屬氫氧化物主層板和層間的陰離子及水分子相互交疊所構成的結構類似於水鎂石的陰離子型黏土礦物。
  • 湖南大學王雙印教授:層狀雙金屬氫氧化物...
    湖南大學王雙印教授：層狀雙金屬氫氧化物幹法剝離含有多種空位作為高效氧析出電催化劑 【引言】 尋找清潔，可再生和可負擔得起的能源技術是替代化石燃料的關鍵，氫能源由於其高的能量密度而被廣泛應用於各行各業。
  • 過渡金屬氧化物析氧催化都是由氧氫氧化物實現的嗎?
    作為電解水陽極析氧反應的催化劑，過渡金屬氧化物具有成本低，效率高等特點。
  • 析氧反應雙功能機理的光譜和電子動力學證據
    析氧反應雙功能機理的光譜和電子動力學證據 作者：小柯機器人 發布時間：2020/10/28 12:55:16 瑞士洛桑聯邦理工學院化學科學與工程學院的胡喜樂研究組近日取得一項新成果。
  • ...雙功能電催化劑、自組裝金屬聚合物、層狀雙氫氧化物納米片
    實驗和理論都證實，獨特的N2-Zn-B2構型至關重要，其中Zn+(3d104s1)可以容納足夠的離域電子，從而為關鍵反應中間體產生合適的結合強度，並促進催化表面和ORR反應物之間的電荷轉移。而在其他過渡金屬對應物（例如M-B/N-C，M = Mn，Fe，Co，Ni和Cu）中未發現這種排斥作用。因此，所獲得的催化劑在鹼性和酸性介質中均表現出令人印象深刻的ORR活性以及出色的長期穩定性。
  • 美國康乃狄克大學--構效關係研究:石墨烯耦合金屬(Ni,Co,Fe)氫氧化物用於有效電化學析氧反應
    設計高效的析氧反應（OER）電催化劑對於能源轉換領域至關重要。
  • 華中科技大學夏寶玉教授團隊：基於微生物腐蝕構築高效析氧催化劑
    背景介紹氧析出反應（OER）在可再生能源如電解水和金屬-空氣電池中具有重要作用，然而，OER涉及多步質子/電子過程，其緩慢的動力學反應需要高效的電催化劑來促進近年來，鎳鐵基氧化物/氫氧化物在鹼性電解液中顯示出高效的析氧催化活性，然而，此類催化劑自下而上的製備方法需要複雜的前驅體溶液及嚴格的合成條件來精準構築納米結構。
  • 單原子催化劑、雙原子鐵催化劑、FeN4位點、中空層狀雙氫氧化物...
    可通過各種不飽和化學位點或空間限制作用，將SACs上單獨的金屬原子穩定在載體上，從而實現最大的原子利用效率。除了開發製備高載量和高純度SACs的策略外，該領域的另一個關鍵挑戰在於精確調控催化活性單金屬位點的幾何和電子結構，從而使該催化劑具有更好的反應活性、選擇性和穩定性。
  • ...雙原子鐵催化劑、FeN4位點、中空層狀雙氫氧化物、異質結界面調節
    可通過各種不飽和化學位點或空間限制作用，將SACs上單獨的金屬原子穩定在載體上，從而實現最大的原子利用效率。除了開發製備高載量和高純度SACs的策略外，該領域的另一個關鍵挑戰在於精確調控催化活性單金屬位點的幾何和電子結構，從而使該催化劑具有更好的反應活性、選擇性和穩定性。
  • 蘇大高立軍 : 鈷誘導層狀鎳鐵雙金屬氫氧化物電子結構的優化及電...
    近日，蘇州大學能源學院、能源與材料創新研究院高立軍教授課題組與南洋理工大學Jong-Min Lee教授課題組合作，報導了一種鈷摻雜的層狀鎳鐵雙金屬氫氧化物（NiFeCo-LDH）納米片/碳纖維（CF）的複合催化劑，具有理想的電催化析氧（OER）性能
  • 鹼性介質中高效析氫反應中缺失片段的捕捉策略與展望
    鹼性介質中高效析氫反應中缺失片段的捕捉策略與展望 作者：小柯機器人 發布時間：2021/1/10 19:43:36 德國柏林工業大學Matthias Driess團隊綜述了鹼性介質中高效析氫反應中缺失片段的捕捉策略與展望。
  • ACS Catalysis:到底是哪種Fe進了OER反應?
    太陽是地球主要的能量來源，利用太陽能電解水產氫是一種重要的能源儲存方案，而緩慢的析氧反應(OER)是限制產氫效率的最主要因素
  • 餘桂華團隊《AM》：基於新型凝膠電催化劑的電化學能源轉換技術
    3.2.2 OER析氧反應析氧反應是電解水的重要半反應，但由於包含四步質子耦合的電荷轉移過程卻也是動力學最為緩慢的一部分。為促進電解水析氧反應的發生，需要OER催化劑使體系在較低的過電位下實現高反應速率。商業上常見的催化劑為RuO2等貴金屬氧化物。
  • 中石大:Fe-Ni雙金屬氫氧化物對FeS納米片超快表面修飾
    近日，中國石油大學（華東）材料科學與工程學院2017級材料化學專業本科生陳沁薇的科研成果《超快修飾合成FeS納米陣列基Fe-Ni雙金屬氫氧化物用於高效析氧》 （Ultrafast surface modification of FeS nanosheet arrays with Fe–Ni bimetallic hydroxides
  • 、AM等大合集
    鎳-鐵複合材料可以有效催化析氧。本文開發了一種微生物腐蝕法來構建鎳鐵氫氧化物。厭氧硫酸鹽還原菌以硫酸鹽為電子受體，在硫化鐵修飾的鎳鐵氫氧化物的形成過程中起著重要作用，表現出良好的析氧電催化性能。實驗和理論研究表明，羥基氫氧化物與硫化物的協同作用是高活性的起因。這種微生物腐蝕策略不僅提供了有效的候選電催化劑，而且還可以連結傳統的腐蝕工程與新興的電化學能量技術。
  • 核-殼型鎳鐵層狀雙氫氧化物提高微生物燃料電池陰極催化活性
    為了提高微生物燃料電池(MFC)的氧還原反應(ORR)活性，採用NiFe層狀雙氫氧化物(LDH)@Co3O4作為催化劑對陰極進行了改性，增加了MFC的發電能力。該研究採以NiFe-LDH為金屬源，Co3O4為載體基質，在層狀雙金屬氫氧化物（LDH）中摻入氮，製備了獨特的核殼狀結構鎳鐵層狀雙氫氧化物（NiFe-LDH@Co3O4）作為微生物燃料電池（MFC）的陰極催化劑，該催化劑具有顯著的穩定性和耐久性，提高了MFC的產電性能。
  • TpyCo2+基高分子水凝膠引發高效析氧反應
    重要的是，研究人員首次發現共聚合物可以很好地分散在去離子水中，形成凝膠狀的自組裝體。這種自組裝體由高度互聯的三維網絡組成，具有較高的導電性和豐富的活性位點，因此可作為非常有潛力的電催化劑。本文亮點(1) 自組裝的共聚物金屬凝膠催化劑通過一鍋法製備，水觸發形成凝膠狀的自組裝具有高度互聯的三維網絡，並增強其導電性。(2) Tpy-Co基聚合物金屬水凝膠具有催化OER反應活性，在10 mA cm-2時具有320 mV的低過電位，在2000個循環中具有良好的穩定性。
  • [理論計算與實驗結合]嚴純華&杜亞平&黃勃龍AFM:「鈰」逢其時,CeO2/氫氧化物界面優化OER中電子與氧的傳輸通路
    為了進一步提高催化劑的OER性能，可以從兩個方面優化OER催化劑的設計策略：一是調整催化劑的電子結構，以優化催化劑本徵催化活性，實現快速的電子轉移；其次是通過結構工程改變催化劑表面的局部環境來促進動力學。
  • 非鹼性可充電鋅空電池!可在空氣中穩定...
    2.鋅負極的析氫腐蝕：由於鋅比氫具有更負的還原電位，金屬鋅在鹼性溶液中熱力學不穩定，導致鋅負極表面會發生析氫反應，電池性能嚴重衰減；　　3.空氣正極緩慢的四電子反應：在鹼性鋅空電池中，空氣正極主要發生有H 2O參與的四電子氧還原（ORR）反應路徑，即H 2O和O 2反應生成OH -，反應動力學緩慢，需要高活性和穩定的雙功能催化劑來加速反應
  • Wiley能源催化領域最新進展 | 單原子催化劑、雙殼層Ni-Fe LDH增強...
    通過改變催化劑的形貌以促進其層間傳質，增加活性位點的利用率，也被認為是一種有效方法。近日，日本產業技術綜合研究所徐強團隊提出利用SiO2介導的MOF模板(SMMT)製備以孤立鐵原子位點修飾的屋簷結構。這種獨特的懸空屋簷設計具有豐富的邊緣結構供三相交換，以促進氧還原反應(ORR)相關的傳質過程，並使鐵單原子位點最大程度地暴露。