鎢摻雜鎳鐵水滑石高效電催化析氧反應

摘要：電解水對制備可持續和清潔的氫氣能源至關重要。電解水的陽極析氧反應設計復雜的4-電子轉移過程，所需能耗較高，是電解水的速控步驟。催化劑對于析氧反應的進行具有重要作用。鎳鐵水滑石是最具潛力的堿性非貴金屬析氧反應（OER）催化劑，但是由于水滑石導電性差、活性位點暴露不充分、對反應中間體吸附較弱等問題，催化活性還需要進一步提高。如何提升催化活性已經被科學家們廣泛關注，比如：制造缺陷、摻雜、將水滑石剝離為單層結構和組裝為陣列結構等。在本論文中，通過簡單的“一鍋法”醇解合成了一系列不同量W摻雜NiFe-LDH的樣品。XRD結果表明合成的NiFeW-LDH的衍射峰與完美NiFe-LDH標準卡片相同，沒有其他的衍射峰，表明W沒有單獨成相，被成功摻雜進入NiFe-LDH。掃描電鏡表明NiFeW-LDH為納米片（尺寸約為～500 nm）組成的3d立體花狀結構，且材料中Ni、Fe和W均勻分布。XPS表明材料中W的價態為6+，與未摻雜的NiFe-LDH相比，Fe向高價態移動，表面吸附的OH增多。在密度泛函理論（DFT）計算中，結果同樣表明W6+摻雜有利于H2O和O*中間體的吸附，提高了Fe位點的活性。在1 mol?L?1 KOH中，NiFeW-LDH達到10 mA·cm?2所需過電位是199和237 mV，這比大多數的NiFe基粉末催化劑的性能好。綜上，實驗和計算表明W摻雜調控催化劑中Fe位點電子結構，優化對反應中間體的吸附，使催化劑具有更高活性。

關鍵詞：析氧反應；水滑石；鎢摻雜；電子相互作用；電催化

中圖分類號：O646