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深大何传新Angew.: 空心多孔通道结构起大作用，促进非晶态NiFe纳米催化剂高效催化OER2023-03-28
用可再生能源，特别是氢气替代传统的化石燃料，对解决空气污染、全球变暖、能源危机等问题具有重要意义。电催化水分解是生产H2的一种有效的方法。然而，由于阳极上的析氧反应(OER)涉及四电子转移过程，其动力学非常缓慢，严重限制了整体水分解的反应速度。人们已经采取了一系列的策略来改进OER的动力学，但与析氢反应(HER)的过电位相比，OER的过电位仍然相当高。因此，迫切需要开发具有高性能OER催化剂。

 

基于此，深圳大学何传新课题组设计并开发了一种温和的自催化路线，制备了一种多通道中空非晶态镍铁纳米反应器(NiFe-ANR)作为电催化OER催化剂。
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电化学性能测试结果显示，NiFe-ANR在10 mA cm−2电流密度下的OER过电位低至228 mV，仅为RuO2的3/5；对于没有通道孔隙的NiFe-ANNR，过电位为303 mV，远远大于NiFe-ANR，这突出了NiFe-ANR中的纳米反应器结构对其优异的OER性能的贡献。此外，对NiFe-ANR进行了10小时的耐久性试验，没有明显的电流下降，说明NiFe-ANR具有良好的耐久性和稳定性。
经过测试后的NiFe-ANR的SEM图像显示，球形颗粒的形态没有变化；经过OER耐久性试验后，Ni 2p和Fe 2p的峰位均向正方向移动，说明在OER过程中形成了NiOOH和FeOOH，这有助于提高OER的效率。
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机理探究实验表明，具有空心多孔通道的NiFe-ANR结构可以改变空间曲率和催化剂的传质过程，使NiFe-ANR表面比NiFe-ANNR表面能富集更多的OH−，最终得到较大的电流密度。
此外，NiFe-ANR的中空多孔纳米反应器结构也为其带来了各种传质的可能性。例如，电解质和生成的气体可以通过纳米反应器内部的通道和中间的空腔来运输，这可能是纳米反应器的另一个优点。总的来说，这项工作将有助于指导探索和制备新的非晶态结构、纳米反应器结构和复合OER催化剂。
Amorphous NiFe Oxide-based Nanoreactors for Efficient Electrocatalytic Water Oxidation. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202300478

 

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