三金屬NiFeCr水滑石材料助力電解水發展

據MaterialsViews編輯部報道：電化學析氧反應 (Oxygen Evolution Reaction, OER)與許多重要的可再生能源技術息息相關，如電化學分解水和可充電金屬-空氣電池技術。然而，OER由於其複雜的四電子轉移過程和緩慢的反應動力學而備受關注。目前, RuO2
、IrO2等貴金屬催化劑雖然具有高的OER催化活性，但是其昂貴的成本嚴重的限製了它們在該領域的發展。因此，眾多科研人員致力於發展一種高效、廉價
、和穩定的非貴金屬基OER催化劑。然而，大多數非貴金屬基電催化劑的OER性能依然低於雙金屬NiFe 水滑石材料。如何設計出具有高內在活性和持久穩定性並且能夠超越NiFe 水滑石催化性能的OER電催化劑成為當前該領域的研究重點和難點。

最近，美國威斯康星大學麥迪遜分校的金鬆 (Song Jin) 教授科研團隊在設計新型高內在活性的OER催化劑方麵取得了重大進展。該工作使用簡單的一步水熱合成法製備出了三金屬NiFeCr水滑石材料。多價金屬元素Cr的嵌入提升了整個材料體係的導電性
，加強了多價金屬元素Ni、Fe、和Cr之間的相互作用從而顯著的增強了OER催化劑的內在催化活性。為了進一步提升該材料的OER催化性能，他們將該材料原位生長在經過親水性處理的高表麵積碳纖維紙上構成一體化的三維電極。在堿性OER條件下，該三維電極在電流密度為 25 mA cm-2時的過電勢隻有225 mV。此外
，他們還使用X射線光電子能譜
、電子順磁共振技術、和X射線能量散射譜係統的研究了該材料在OER反應前後的化學組分穩定性。研究結果表明該材料對於OER不但具有高內在催化活性，而且具有良好的穩定性。此項工作為未來設計和研究更加高效和穩定的OER催化劑提供了普適性策略。

相關工作以Very Important Paper (VIP)的形式發表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201703189)上
，文章第一作者為重慶大學化學化工學院博士生楊陽。