Электрохимическая характеристика MoNiFe/NF и других образцов. Кредит: Higher Education Press
Реакция выделения кислорода (OER) является жизненно важным, но сложным процессом в расщеплении воды, требующим четырехэлектронного переноса, который часто страдает от медленной кинетики реакции. Оксиды на основе благородных металлов, такие как RuO2 и IrO2, были катализаторами для этого процесса, но их дефицит и высокая стоимость мотивировали поиск альтернативных катализаторов на основе недрагоценных металлов.
(Окси)гидроксид NiFe (NiFeOOH) стал многообещающим кандидатом из-за его высокой активности, низкой стоимости и улучшенной стабильности. Однако оптимизация его производительности для соответствия промышленным стандартам остается ключевой научной проблемой.
Под руководством Сянцзю Гуаня группа из Сианьского университета Цзяотун ввела высоковалентный молибден (Mo) в NiFeOOH, чтобы изменить его электронную структуру и повысить электропроводность. Статья опубликована в журнале Frontiers in Energy.
Этот инновационный подход направлен на снижение перенапряжения, необходимого для OER, и улучшение стабильности катализатора в рабочих условиях. Исследователи использовали как эмпирические эксперименты, так и теоретическое моделирование, чтобы понять взаимодействие между Mo, Ni и Fe в легированном катализаторе.
Катализатор NiFeOOH, легированный Mo, продемонстрировал значительно сниженное перенапряжение 205 мВ при 10 мА/см² и наклон Тафеля 31,7 мВ/дек, что указывает на превосходную каталитическую активность. Более того, он сохранял стабильную работу до 170 ч, демонстрируя свою впечатляющую долговечность.
Исследование показало, что легирование Mo усиливает валентные состояния Ni и Fe, что приводит к сдвигу центра d-зоны биметаллических активных участков, что имеет решающее значение для преобразования в активную фазу γ-NiFeOOH. Теоретические исследования с использованием вычислений теории функционала плотности (DFT) дополнительно подтвердили эти выводы, выявив наиболее эффективные пути OER и роль Mo в повышении каталитической активности.
Это исследование предлагает многообещающую стратегию для разработки высокопроизводительных недрагоценных металлических электрокатализаторов для OER. Сочетание низкого перенапряжения, быстрой кинетики реакции и долговременной стабильности катализатора NiFeOOH, легированного Mo, делает его сильным претендентом на коммерческое применение в электролизе воды и других технологиях возобновляемой энергии.
Результаты также вносят вклад в фундаментальное понимание биметаллической синергии в разработке катализаторов, обеспечивая основу для будущих инноваций в области электрокатализа.
Дополнительная информация: Jingkuo Qu et al, Impact of bimetallic synergies on Mo-doping NiFeOOH: Insights into enhancement OER activity and reinterpreted electronic structure, Frontiers in Energy (2024). DOI: 10.1007/s11708-024-0960-6
Предоставлено Frontiers Journals
