用于高效电催化析氧反应的锰掺杂镍铁双金属氢氧化物催化剂

作者：孙**; 刘宇慧; 丁大杰; 罗澜柯; 李志杰; 袁萌伟; 孙根班

来源：科学通报, 2022, 67(20): 2423-2430.

• 电化学
• 掺杂调控
• 镍铁水滑石
• 析氧反应

随着国内能源需求不断增加以及温室气体排放持续增长,寻求高效、清洁、可持续的能源成为目前亟待解决的问题.廉价、高效和稳定的氧析出反应(oxygen evolution reaction, OER)催化剂在电解水制氢领域具有广泛的应用前景.镍铁层状双金属氢氧化物(NiFe-layered double hydroxides, NiFe-LDHs)被认为是一种潜在、理想的析氧反应电催化剂.然而,对于NiFe-LDHs层板,普遍认为其边缘金属位点相较于内部金属位点具有更高的催化活性,这就导致其层板内部的金属位点无法充分利用,降低对OER反应的催化效率.因此,为了充分提升NiFe-LDHs的层板利用率,本研究将具有变价特征的锰离子引入NiFe-LDHs层板(Mn doped NiFe-layered double hydroxides, Mn-NiFeLDHs)中,利用锰离子的变价特征,充分提升层板载流子迁移率,促进层板内电子转移,同时,由于锰离子的电负性特征,部分电子将从镍位点附近转移到锰位点的周围,导致镍位点表现出缺电子特征,从而作为“电子饥饿”位点,提升层板整体对于具有富电子含氧官能团的捕获,进而有效地增强OER催化活性.催化反应结果表明, Mn-NiFeLDHs电极在电流密度10 mA/cm2时表现出过电位仅为332 mV,低于初始NiFe-LDHs的384 mV.锰离子的合理掺杂有效地调整Ni2+位点活性,增强其电催化活性,并为更进一步地阐明掺杂对LDHs层板活性的影响提供了实验事实支持.

• 单位
  高等研究院; 北京师范大学