通过共和Cr空位对电催化氧的演变来优化-铁双位的协同原子环境
Hua-Jie Niu1, Nian Ran2, Wei Zhou1,3
1School of Chemistry, Beijing Advanced Innovation Center for Biomedical Engineering, Key Laboratory of Bio-Inspired Smart Interfacial Science and Technology, Beihang University, Beijing 100191, China.
氧化 (NiFeOOH) 催化剂中的和空位显著增加了氧演化反应 (OER) 的活性. 这种工程催化剂显示出水电解的提高效率和稳定性.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 催化剂
背景情况:
- 在氧化氧化铁 (NiFeOOH) 催化剂在氧演化反应 (OER) 中表现出有限的活性,这是由于Ni和Fe位点的吸附率低于最佳水平.
- 了解协同催化机制对于设计高效的电催化剂至关重要.
研究的目的:
- 提高氧演化反应 (OER) 的NiFeOOH催化剂的活性和稳定性.
- 研究和空缺对NiFeOOH的催化性能和电子结构的影响.
主要方法:
- 使用大规模密度函数理论 (DFT) 计算来了解吸附机制和电子特性.
- 一个无形的催化剂,VCr,Co-NiFeOOH,是使用和空缺合成的.
- 使用X射线光电子光谱 (XPS),软X射线吸收光谱 (XAS) 和X射线吸收近边结构 (XANES) 来进行表征.
主要成果:
- 该VCr,Co-NiFeOOH催化剂在100 mA cm-2时达到239 mV的OER过电位,并且具有很好的稳定性 (>500 h).
- 使用这种催化剂的离子交换膜 (AEM) 水电解仪表现出高性能 (1 A cm-2 在1.68 V 1 M KOH).
- 鉴定结果显示,Co doping增加了Ni的价值和吸附,而Cr的空缺则减少了Fe的吸附,从而优化了Ni-Fe的双站点协同作用.
结论:
- 和Cr的空位有效地调节了NiFeOOH的原子环境和电子结构,增强了OER活动.
- 设计的VCr,Co-NiFeOOH催化剂显示了高效和稳定的水电解的巨大潜力.
- 在Ni-Fe双站点的协同效应,通过补充和空缺优化,减少OER的速率决定步骤的能量障碍.
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