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柏林工大/苏大AM:循环氢吸附/脱附策略,助力LaNi5金属间化合物高效稳定催化OER2023-01-24
氧析出反应(OER)缓慢的动力学被认为是电化学水分解实现高效产氢的瓶颈。因此,设计高活性、经济有效、耐用的电催化剂对于加速OER动力学至关重要。

 

最近,基于过渡金属的金属间化合物(TM:Fe、Co、Ni、Mn)由于其低电阻率、组成可调和独特的晶体结构而受到了特别的关注。在这些金属间化合物中,TM物种会在碱性OER过程中原位转化为活性羟基氧化物,从而提高催化活性。
此外,在大多数情况下,催化剂只在表面进行了重组,从而产生了具有高导电性的独特核壳结构。
尽管在相关研究领域取得了很大进展,但目前仍急需寻找高效的新型金属间化合物以揭示它们的活性结构、了解它们的OER机制和得出它们的组成-结构-性能的关系。
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近日,柏林工业大学Prashanth W. Menezes苏州大学康振辉陈子亮等开发了一种氢处理策略,使LaNi5能够高活性和稳定电催化析氧反应(OER)。
具体而言,研究人员通过对LaNi5进行多次氢吸收和解吸循环,产生重复晶格体积变化以增强晶体缺陷、晶格应变、晶粒细化和颗粒裂纹,这大大提高了金属位点的暴露率。
此外,通过一系列光谱特征,研究人员发现在OER过程中,稀土La形成La(OH)3粘覆在粒子表面,随后超细γ-NiOOH纳米粒子在La(OH)3上生成,并最终形成多孔γ-NiOOH/La(OH)3/LaNi5核壳结构。
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La(OH)3的约束和耦合作用显著抑制了活性γ-NiOOH纳米粒子的聚合,导致γ-NiOOH纳米粒子均匀和充分地暴露在电解质。这使得催化剂具有丰富的活性位点、加速电荷转移和传质、高结构稳定性以及优化对中间体的吸附能。
因此,优化后的LaNi5-H-11h/NF电催化剂在100 mA cm-2处的OER过电位仅为322 mV;其在工业级电流密度(~560 mA cm-2)下能够连续稳定运行10天,表现出超高OER稳定性。
Reviving Oxygen Evolution Electrocatalysis of Bulk La-Ni Intermetallics via Gaseous Hydrogen Engineering. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202208337

 

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