富缺陷多孔单层镍铁水滑石纳米片高效电催化产氧

　　随着化石燃料的日渐枯竭和环境问题的日趋严重，对可再生清洁能源的需求将在未来50-100年内大幅增加，而电催化全分解水产氧是解决这一能源环境问题的潜在策略。然而，由于实现析氧反应（OER）历程在热力学上的限制，许多电催化剂仍然需要较高过电位，这极大地阻碍了电催化全分解水的发展。因此，开发具备高效OER能力的电催化剂具有重要的意义。近年来，大量研究结果表明二维（2D）层状的镍铁水滑石材料在OER中具有成本低、性能优异和稳定性高等特点，被认为有望取代传统的IrO₂和RuO₂等贵金属电催化剂。然而，2D层状的镍铁水滑石材料普遍存在的导电性差以及表面暴露活性位点低等缺点，抑制了其电催化性能的进一步提升。因此，开发新的方法来提升2D层状材料的导电性及表面暴露活性位点具有重要的科学意义。中国科学院理化技术研究所的科研团队通过一种简单合成策略，成功开发了一种新型高效的镍铁水滑石电催化剂，相关的研究成果发表在2019年5月10号的《Adv. Energy Mater.》上。 

　　图：利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站获取的X射线吸收谱解析镍铁水滑石中金属镍和铁周围的配位环境。 

　　在该工作中，他们通过一种简便的一步法成功地合成了尺寸约30nm，厚度约0.8nm的多孔单层镍铁水滑石（PM-LDH）纳米片。简而言之，在80℃和pH为10的条件下，将含Ni²⁺和Fe³⁺的水溶液滴加到甲酰胺水溶液中，仅用10分钟，就可以迅速合成PM-LDH纳米片。通过高分辨透射电镜，电子自旋共振和同步辐射的测试，他们发现这种快速合成的单层镍铁水滑石纳米片中不仅具有大量的孔结构，还含有高浓度的氧和金属离子缺陷。PM-LDH中的氧和金属离子缺陷协同作用不仅可以增加LDH纳米片的导电性，同时还可以增强了水电氧化过程中对H2O吸附和OH*中间体的成键能力，这促使PM-LDH具有优异的电催化产氧性能。PM-LDH在10mAcm^-2的电流密度下的过电势是230mV，并且Tafel斜率仅为47mVdec^-1。这是迄今为止报道的镍铁水滑石在电催化产氧领域的最佳性能之一。这种制备高效水滑石催化剂简易策略的提出，为多孔单层水滑石纳米片在电催化，催化和太阳能电池中更广泛应用提供了可能。 

　　发表文章： 

　　Xin Zhang,# Yufei Zhao,# Yunxuan Zhao, Run Shi, Geoffrey I. N. Waterhouse, Tierui Zhang* A Simple Synthetic Strategy toward Defect‐Rich Porous Monolayer NiFe‐Layered Double Hydroxide Nanosheets for Efficient Electrocatalytic Water Oxidation. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900881.