NiO/Co3O4異質界面高效OER

2021-01-21 我要做科研


背景介紹

   氧析出反應（OER）在各種新一代可再生能源轉換和存儲設備（例如再生燃料電池，可充電金屬-氧氣電池和水分解裝置）中起著至關重要的作用。因此，迫切需要設計出高活性，低成本，儲量大的優良非貴金屬催化劑，以降低OER的動力學極限。

   由於過渡金屬氧化物（TMO）的環境友好性，豐度和適度的過電位，它們被認為是潛在的貴金屬替代物。然而，由於活性位點不足，其固有的半導體特性導致的導電性弱以及對含氧中間體的不適宜的吸附強度，TMO仍不能滿足商業應用的需求。為了增強TMO的電催化活性，各種策略，例如控制具有較大表面積的催化劑的形態以暴露更多的活性位點，將它們與碳材料結合以提高導電性，將雜化和缺陷結合到金屬中。調節電子結構或優化氧的吸附強度。其中，低配位原子（LCA）的工程設計是一種有效的方法，近來引起人們廣泛關注，因為它可以降低催化劑的動力學勢壘，並提高電子轉移能力，從而導致電催化劑的出色性能。

文章亮點

1. 受LCAs在界面處的高催化活性以及相應的Co3O4和NiO優異的電催化活性的啟發，作者構建了具有豐富LCAs的自支撐NiO/Co3O4異質結構，用於高效OER電催化劑。

2. 高解析度透射電子顯微鏡（HR-TEM），X射線光電子能譜（XPS）和X射線吸收精細結構（EXAFS）分析都證實在NiO/Co3O4界面處或附近產生了大量LCA。

3. 由於LCAs與鄰近原子之間的強電子相互作用效應，有效地調節了電子結構，這導致了在NiO/Co3O4中eg1的中間自旋態有更多的Ni3+和Co2+，這與對oxo有溫和的吸附強度。

4. 密度泛函理論（DFT）計算表明，電子轉移動力學也得到了極大的加速，這表明NiO/Co3O4異質結構可以轉變為具有界面導電性的金屬性質。

5. 在NiO/Co3O4界面附近Co的d帶中心下移表明，對反應中間體的強吸附減少，催化活性增強。得益於以上這些優勢，NiO/Co3O4異質結構在10 mA cm-2下表現出262 mV的低的超電勢，相應的Tafel斜率為58 mV dec-1。

6. 這項研究為深入理解NiO/Co3O4納米雜化結構優異的電催化活性的內在機理提供了機會，並為合理設計高性能TMO異質結構提供了啟示。



圖1. NiO/Co3O4異質結構的製備示意圖和(HR)TEM表徵


圖2. NiO/Co3O4異質結構的XPS表徵


圖3. NiO/Co3O4異質結構的XANES和EXAFS表徵


圖4. NiO/Co3O4異質結構的OER性能測試


圖5. NiO/Co3O4異質結構的DFT計算


想到自己第一篇論文，相似的結構，但缺少理論計算以及文章包裝亮點不足，因此也只發在一般的期刊上。文章包裝的重要性，多學習高檔次文章的寫作手法，才能讓自己文章檔次提升。這也是很多老師讓你看JACS,Angew，Nature, Science等系列期刊的文章，而不讓你看小文章的原因，大文章的包裝是很有技術的！需要自己去積累感受！往往小文章讀完，覺得這也能發表？大文章讀完，要麼沒讀懂，再來一遍，要麼只能點頭稱讚，大佬就是大佬！

（我的小論文）

還要學會文章組圖，圖往往能夠很好地提升paper的level.


Jingyan Zhang, Jinmei Qian, Jiaqi Ran, Pinxian Xi, Lijun Yang,* and Daqiang Gao.Engineering Lower Coordination Atoms onto NiO/Co3O4 Heterointerfaces for Boosting Oxygen Evolution Reactions, ACS Catal. 2020, 10, 12376−12384.

文章連結：https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03756



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