近日，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員祝建兵、邢巍與合作者提出界面氫鍵網(wǎng)絡(luò)工程策略，通過在鎳鐵基羥基氧化物（NiFeOOH）表面原位化學(xué)吸附硫酸根離子（SO2-）等含氧陰離子，重塑催化劑界面氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加速氫氧根離子（OH-）供給和晶格氧補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)晶格氧機(jī)制主導(dǎo)下的催化劑穩(wěn)定性的提升。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of the American Chemical Society。
陰離子交換膜水電解（AEMWE）是低成本制綠氫的重要技術(shù)，但受限于陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）的緩慢動(dòng)力學(xué)。析氧反應(yīng)的晶格氧氧化機(jī)制（LOM）能夠繞過傳統(tǒng)吸附質(zhì)演化機(jī)制中的線性標(biāo)度關(guān)系，能有效降低過電位，但同時(shí)其在反應(yīng)過程中產(chǎn)生氧空位，若氧空位不能被及時(shí)補(bǔ)充，催化劑容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)退化和活性組分溶出，導(dǎo)致穩(wěn)定性下降。
針對(duì)這一問題，研究團(tuán)隊(duì)利用錨定在NiFeOOH表面的SO2-調(diào)控氫鍵網(wǎng)絡(luò)：一方面限制水合陽(yáng)離子在雙電層中的過度累積，另一方面通過含氧陰離子構(gòu)建連續(xù)且柔性的界面氫鍵網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)化OH-/質(zhì)子遷移，促進(jìn)氧空位再生，從而實(shí)現(xiàn)催化劑穩(wěn)定性的提升。
研究人員通過同位素標(biāo)記、原位光譜和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該策略顯著增強(qiáng)LOM反應(yīng)活性，并將OH-擴(kuò)散系數(shù)提高25倍，氧空位填充能壘由0.93 eV降至0.42 eV。NiFeOOH@SO2-在AEMWE以2.0 A cm-2大電流密度運(yùn)行2000小時(shí)，衰減率低至0.053 mV h-。
研究人員表示，“界面陰離子調(diào)控”策略可推廣至其他含氧陰離子和不同金屬基底，未來結(jié)合更高時(shí)空分辨的原位光譜和理論模擬，有望實(shí)現(xiàn)耦合催化劑電子結(jié)構(gòu)和催化界面氫鍵網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計(jì)，為長(zhǎng)效氫電催化劑開發(fā)提供新方向。
特別聲明：國(guó)家電投官方網(wǎng)站轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時(shí)并不代表贊成其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
