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上海硅酸鹽所等制備出微晶玻璃析氧電催化劑
2021年01月07日 11:26:41
來源：上海硅酸鹽研究所 點擊量：4150
析氧反應(yīng)(OER)是電解水、二次金屬-空氣電池等能源轉(zhuǎn)換及存儲器件中的重要半反應(yīng)，但OER的反應(yīng)能壘過高、動力學(xué)遲緩，且基于貴金屬的傳統(tǒng)電催化劑價格昂貴，因此，亟需開發(fā)出新型非貴金屬電催化劑。非晶態(tài)電催化劑擁有豐富的活性中心，晶態(tài)催化劑則表現(xiàn)出良好的電子轉(zhuǎn)移特性。合理設(shè)計和優(yōu)化電催化劑的微觀結(jié)構(gòu)及組成，構(gòu)建雙相納米復(fù)合材料，為提高OER性能提供了更多可能性；原位表征技術(shù)和理論計算相結(jié)合，有望進一步
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】析氧反應(yīng)(OER)是電解水、二次金屬-空氣電池等能源轉(zhuǎn)換及存儲器件中的重要半反應(yīng)，但OER的反應(yīng)能壘過高、動力學(xué)遲緩，且基于貴金屬的傳統(tǒng)電催化劑價格昂貴，因此，亟需開發(fā)出新型非貴金屬電催化劑。非晶態(tài)電催化劑擁有豐富的活性中心，晶態(tài)催化劑則表現(xiàn)出良好的電子轉(zhuǎn)移特性。合理設(shè)計和優(yōu)化電催化劑的微觀結(jié)構(gòu)及組成，構(gòu)建雙相納米復(fù)合材料，為提高OER性能提供了更多可能性；原位表征技術(shù)和理論計算相結(jié)合，有望進一步揭示OER的催化機制。 
近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員王家成課題組制備出一種具有結(jié)晶-非晶雙相結(jié)構(gòu)的微晶玻璃(Ni1.5Sn@triMPO4)，并用于電催化OER。相關(guān)研究成果以A glass-ceramic with accelerated surface reconstruction toward the efficient oxygen evolution reaction為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，并且被選為Very Important Paper(VIP)。王家成和上海硅酸鹽所副研究員馬汝廣、北京工業(yè)大學(xué)研究員劉丹敏為論文的共同通訊作者。
該研究從SnFeNi鈣鈦礦氫氧化物(前期工作發(fā)表于J. Mater. Chem. A. 2020，8，5919-5926)出發(fā)，通過低溫磷化，得到Ni1.5Sn@triMPO4微晶玻璃。進一步利用電化學(xué)活化，使部分陽離子Sn4+和陰離子PO43-析出，加速微晶玻璃的表面重構(gòu)，在催化劑表面生成了具有本征氧空位VO和殘留PO43-的活性層(Ni(Fe)OOH-VO-PO4)。與對照樣品相比，這種表面重構(gòu)后的微晶玻璃的過電位顯著降低，OER動力學(xué)得到增強，可與一些非貴金屬電催化劑媲美。理論計算表明：Sn的低空位形成能和VO位點上PO43-的高吸附能，加速了微晶玻璃的表面重構(gòu)；殘留的PO43-的和VO位點導(dǎo)致鄰近Ni原子的電荷轉(zhuǎn)移，使d帶中心更接近費米能級。這種電荷分布優(yōu)化了金屬羥基氧化物上OH*和OOH*中間體的吸附，提升了OER活性。該研究證明了微晶玻璃在促進表面重構(gòu)過程中的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，為先進電催化劑的設(shè)計提供了新思路。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、上海市科委等項目的資助。
圖1.微晶玻璃加速表面重構(gòu)促進OER反應(yīng)
圖2.通過低溫磷化方法合成了具有雙相結(jié)構(gòu)的微晶玻璃，結(jié)合XRD、XPS、HRTEM、EDS-Mapping等技術(shù)，證明其中結(jié)晶相是Ni1.5Sn納米顆粒，非晶相是triMPO4三金屬磷酸鹽
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