宋光铃教授Nano Research：磁控溅射转化膜制备FeCo-LDH OER催化剂

第一作者：郎智全

通讯作者：宋光铃

单位：厦门大学，南方科技大学

层状双金属氢氧化物（LDH）是一类种类多，应用十分广泛的二维材料。在电催化领域凭借其结构可调，元素组成种类多，易掺杂等优势为开发新型高效催化剂提供了很多思路。然而，对于均匀制备LDH材料，组成精准调节和多种基底普适性上还存在困难。我们结合磁控溅射溅射均匀，成分可调和基底普适性等优点，开发了一种新型的通过磁控溅射转化膜制备FeCo-LDH催化剂的方法，仅通过温度和pH值的调节成功制备了性能优异的FeCo-LDH催化剂，该方法实现了LDH成分可调，多种基底适用，对磁控溅射方法在LDH材料和电催化剂的制备上提供了更多新思路。

电催化剂材料的可控和可扩展制备对于其应用具有重要意义实际应用。磁控溅射是一种高效的合成方法，具有成分可控，制备均匀和多种基底形状普适性等优点。近日，宋光铃教授团队在国际知名期刊Nano Research上发表题为“Conversion of magnetron-sputtered sacrificial intermediate layer into a stable FeCo-LDH catalyst for oxygen evolution reaction”的文章。在该论文中，作者提出了一种通过牺牲易调控的磁控溅射膜制备LDH电催化剂的方法。由此方法制备得到的 FeCo-LDH 催化剂在300 mV的低过电势下达到10 mA cm⁻²的电流密度。此外，作者还进行了光谱分析探究了催化剂表面在OER过程中的变化。

研究结果表明，OER过程中形成Co羟基氧化物在增强FeCo-LDH的催化性能方面发挥着有益的作用。这种将溅射得到的可控膜重构为具有催化性质的LDH的重构策略，为合成基于LDH乃至过渡金属基电催化剂开辟了新的途径。值得注意的是，该工作为宋光铃教授团队前期工作“In situ synergistic strategy of sacrificial intermedium for scalable-manufactured and controllable layered double hydroxide film” (Sci. China Mater. 2022, 65(7): 1842–1852)的延续，该磁控溅射转化膜制备和应用方法具有广阔使用前景。

通过共溅射的方法可以很好的得到成分可控，且均匀的磁控溅射膜。膜的厚度在几百纳米到微米范围，由于制备过程中旋转样品台，可以很好实现不规则基底上膜层的均匀溅射。膜层表面比表面积大，可以很好实现快速和深度重构制备LDH材料。

本工作合成了不同组分具有标准形貌特征的FeCo-LDH催化剂材料，并验证了该方法在不同种类，不同形状基底材料上的普适性。通过实验验证了在仅调控反应温度和pH值的条件下，基底材料不会参与反应。所制得的FeCo-LDH纳米片成分均匀且大多立在基底表面，可以增大比表面积，更好地与电解液接触。

通过谱学表征，探究了在OER反应过程中可能的活性位点的变化。发现OER过程中形成Co羟基氧化物在增强FeCo-LDH的催化性能方面发挥着有益的作用。

宋光铃教授简介：中国腐蚀与防护学会副理事长，南方科技大学海洋科学与工程系教授，厦门大学材料学院兼职教授，澳大利亚昆士兰大学兼职教授。宋教授在电化学理论和测量技术，电化学催化和电极材料，表面功能化和智能化，轻金属腐蚀与防护，不锈钢钝化，自然环境（海洋、土壤、大气）的腐蚀性，光电化学，涂层技术、评价和防污等领域工作多年。已发表290多篇学术杂志论文，迄今已被SCI引用2万多次。于2020、2021、2022年被Elsevier列为中国高被引学者之一；2020年和2022年被斯坦福大学排入能源、材料、化学领域全球前2%顶尖科学家榜单之中。现任Journal of Materials Science and Technology, Journal of Mg and Alloys, Anti-corrosion Methods and Materials, Frontiers in Materials-Environmental degradation of Materials等学术杂志编委、副主编、专业主编。