在重建的硫化高性矿中调节金属-氧共价性,以激活和稳定氧网氧气,用于氧气演化反应
Xiang Li1,2, Qiuju Li3, Bingyu Chen1
1State Key Laboratory of Catalysis Energy, Dalian National Laboratory for Clean Energy iChEM (Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials), Dalian Institute of Chemical Physics Chinese Academy of Sciences Dalian 116023 China lizhenyu@dicp.ac.cn wanggx@dicp.ac.cn.
研究人员开发了一种硫化高性矿催化剂,可以增强氧演化反应 (OER) 的活性和稳定性. 这一突破克服了典型的权衡,为高效的水电解铺平了道路.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 氧化演化反应 (OER) 对于水的分裂至关重要,但其效率受到理论活动上限的限制.
- 从吸附物进化机制 (AEM) 切换到晶格氧机制 (LOM) 可以增强OER活动.
- 由LOM主导的催化剂通常面临着催化活性和稳定性之间的权衡.
研究的目的:
- 开发一种新的催化剂,以克服LOM主导的OER中的活动稳定性权衡.
- 调查在新型催化剂中增强开放资源表现背后的机制.
主要方法:
- 一个重建的硫化高性矿 (S-LaNiFeCoCrMnO3) 的合成.
- 对OER活性和稳定性的催化剂的电化学表征.
- 在线微分电化学质谱 (DEMS) 用于研究反应机制.
- 射线吸收近边缘结构 (XANES) 和现场拉曼光谱分析催化剂的表面和活性物种.
主要成果:
- 该S-LaNiFeCoCrMnO3催化剂表现出极好的OER活性 (165mV超电位) 和显著的稳定性 (1800小时在10mAcm-2).
- 催化剂在离子交换膜水电解器中表现出高性能,在2.0V时达到5.8A cm-2.
- 在线DEMS显示了增强的网格氧反应性.
- XANES和拉曼光谱学揭示了Fe-NiOOH活性相的形成,其中含有NiO2亚单元层和高价值Ni4+物种,由Ni-S键驱动.
结论:
- 硫化矿催化剂通过促进晶格氧气机制,有效地打破了OER活动稳定性权衡.
- 通过特定的NiO和FeO键稳定Fe-NiOOH活性相,是激活和稳定晶格氧的关键.
- 这项工作为设计用于高效水电解的先进电催化剂提供了有希望的策略.
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