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中心IAM团队在J. Mater. Chem. A上发表α-FeOOH水氧化电催化剂研究新进展
阅读次数:619 添加时间:2016/12/23  发布: 管理员

电解水是一种有希望大规模存储太阳能、风能、潮汐能等间歇型可再生能源为氢能的方法。析氧反应是一个四电子过程,一般需要很高的过电位,是水分解反应的限制步骤。因此,开发高效、稳定、低成本析氧电催化剂对于其大规模应用至关重要。近年来,FeOOH、CoOOH、NiOOH等非贵金属电催化剂引起人们的广泛关注。其中,Fe元素地壳含量最丰富、成本最低、且无毒等优势使其成为理想的候选材料。FeOOH具有α,β,γ,δ四种常见晶体结构,之前的研究结果表明γ-FeOOH是所有FeOOH电催化剂中活性最高的。然而,采用传统电沉积方法制备的γ-FeOOH析氧电催化剂是非晶相,在高电极电位下,容易氧化成FeO42-离子而发生溶解腐蚀,稳定性很差。因此,FeOOH电催化剂的研究相比CoOOH和NiOOH电催化剂要少很多。

近期,中心柔性电子研究部、南京工业大学罗文俊副研究员与英国伦敦大学学院唐军旺教授课题组合作,采用化学浴沉积的新方法在导电衬底上生长了一层高结晶度的α-FeOOH薄膜电催化剂。经过研究表明,化学浴沉积制备的α-FeOOH电催化活性远低于常规电沉积法制备的γ-FeOOH的主要原因来自于α-FeOOH表面大量化学吸附水,而不是之前普遍认为的不同晶相。针对这一新认识,我们提出了一种快速热处理方法显著减少了表面化学吸附水浓度,使α-FeOOH的电催化活性在碱性电解液中提升了大约50倍,与活性最高的非晶态γ-FeOOH接近。同时,稳定性相比非晶态γ-FeOOH也提升了大约40倍,是目前FeOOH基析氧电催化剂中最高的。稳定性的提升主要来自于更高的结晶性。该研究是目前报道的第一个高效稳定的α-FeOOH析氧电催化剂,加深了对析氧电催化剂固液界面电荷传输行为的理解,为开发其他低成本铁基电催化剂提供了参考。


该工作近期发表于J. Mater. Chem. A. 2016. DOI: 10.1039/C6TA08719A上,得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)、牛顿合作基金、江苏省高校自然科学基金等项目的资助。【图文:海外人才缓冲基地(先进材料研究院)】

文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta08719a#!divAbstract



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