基催化剂超越了氧气演变的IR基线,因为它们具有最佳的电荷转移特性

科学领域:

• 催化剂是一种催化剂.
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学

背景情况:

• 贵重的基催化剂对于交换膜 (AEM) 电解剂中的氧化演化反应 (OER) 是必不可少的.
• 氧化 (NiO) 催化剂由于关键中间体的结合不良,其活性有限.
• 开发非贵金属替代品对于具有成本效益的AEM电解器至关重要.

研究的目的:

• 在OER催化过程中,研究 (Co) 和铁 (Fe) 在NiO中替代的原子和电子效应.
• 要了解与纯 NiO 和贵金属催化剂相比,Co 和 Fe 如何提高 OER 活性.
• 通过催化剂合成和电化学测试来实验验证理论预测.

主要方法:

• 密度函数理论 (DFT) 计算分析中间结合能和反应障碍.
• 聚晶电极的电子沉积和纳米粒子的合成.
• 电化学表征包括塔菲尔斜率分析.
• 高分辨率传输电子显微镜 (HRTEM) 用于结构分析.

主要成果:

• DFT计算显示,Co和Fe的替代增强了OH*的结合,并促进了O*在NiO上的形成.
• 与Fe相替代的NiO相比,具有明显更高的OER活性,具有自发的O2形成.
• 合成的25%Fe-Ni纳米粒子比IrO2提高了4.6倍,比RuO2提高了34%.
• 实验结果验证了DFT预测,显示了OER在替代NiO上的机理性转变.

结论:

• 和铁的替代有效地克服了OER的NiO无活性,在催化性能上超过了IrO2.
• 用铁替代的NiO是AEM电解器的非常有前途的非贵金属催化剂.
• 与商业催化剂相比,高边缘部位暴露的合成纳米粒子提供了更高的性能.