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彭生杰/韩晓鹏AEM: 活性Fe-O-Cu桥起大作用，实现高效电化学水分解！

时间：2022-04-25 来源： 浏览：

彭生杰/韩晓鹏AEM: 活性Fe-O-Cu桥起大作用，实现高效电化学水分解！

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开发用于析氧/析氢反应的高效双功能电催化剂对于电化学水分解制氢至关重要。高性能电催化剂取决于催化活性和高度可及的反应位点及其结构稳健性，而合理设计具有所需特性的电催化剂避免繁琐的制造仍然具有挑战性。
近日， 南京航空航天大学彭生杰 和 天津大学韩晓鹏 等使用无模板方法在Ni金属骨架上原位生长具有明确界面结构的介孔和异质结构过渡金属氧化物Fe 2 O 3 / CuO (MH-TMO)，以实现高效电催化水分解。
在Fe(NO 3 ) 3 和草酸的存在下，可以在水热反应下合成泡沫镍上的二维Fe 2 O 3 纳米片。当将Cu(NO 3 ) 3 添加到反应中时，CuO多面体可以通过晶格匹配生长在Fe 2 O 3 纳米片上，从而形成介孔和异质结构的Fe 2 O 3 / CuO (MH-TMO)。贯穿Fe 2 O 3 和CuO的中孔是通过金属草酸盐的分解和气体分子(例如CO 2 )的去除来实现的，由于高效传质的高介孔率和用于优化反应中间体吸附/解吸的双金属异质结构，同时实现了高性能的OER和HER以及高效的水分解。
MH-TMO在1.0 M KOH中分别在10 mA cm -2 的和100 mA cm -2 的电流密度下表现出0.22 V和0.26 V的低OER过电位; MH-TMO组装的碱性电解槽可在1.49 V的极低电压达到10 mA cm -2 的电流密度以及长期稳定性。
密度泛函理论(DFT)计算表明，催化剂优异的水分解性能主要由于d带中心的下移和金属中心电子态的窄局域化使得水和氢中间体的吸收/解吸得到优化，因此电催化的能垒较低；并且其具有吉布斯自由能调节的Fe-Cu 氧化物界面上的Fe-O-Cu桥具有最佳的氧结合，以促进氧分子(Fe位点)的氧中间体的吸附/解吸。
这项工作提供了具有高介孔率和独特异质结构的过渡金属氧化物的简便制造方法，并扩展了当前电化学能量转换系统的材料储备。

Lattice-Matching Formed Mesoporous Transition Metal Oxide Heterostructures Advance Water Splitting by Active Fe-O-Cu Bridges. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200067

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