浙江师范大学高学会博士&广东工业大学林展教授CEJ观点：构建分级中空结构P/Ni-Ag@AgCoPBA高效催化剂用于电催化水氧化- 大数跨境

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浙江师范大学高学会博士&广东工业大学林展教授CEJ观点：构建分级中空结构P/Ni-Ag@AgCoPBA高效催化剂用于电催化水氧化

科学材料站

2022-05-23

导读：该工作制备了由二维纳米片组成的新型P/Ni共掺杂分级Ag3[Co(CN)6]中空微米长方体（P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs）电催化剂用于碱性介质中的析氧反应。

文章信息

构建分级中空结构P/Ni-Ag@AgCoPBA高效催化剂用于电催化水氧化

第一作者：张慧雯，刘书绚，竺图远

通讯作者：高学会*，林展*

单位：浙江师范大学，广东工业大学

研究背景

利用电解水生产清洁可再生氢能对解决能源危机和环境问题具有重要意义。然而，析氧反应（OER）作为电解水的半反应，因涉及多步质子耦合-电子转移过程，导致过电位较高、反应动力学缓慢，这一直是实现高效水分解的瓶颈。

众所周知，IrO₂/RuO₂基准催化剂在碱性介质中具有突出的OER活性，但其成本高、稀缺性严重及稳定性较差限制了其大规模应用。因此，寻找低成本、高效、稳定的OER电催化剂，已成为实现高效电化学水分解的重要研究方向。近年来，普鲁士蓝类似物（PBAs）因具有组成可控、构型和电子结构可调的特点被认为是OER电催化剂的候选材料之一。

研究表明，PBAs经历表面重构会形成高活性金属羟基氧化物。但通常发生的是表面局部重构，从而导致活性物种较少。因此，探索一些有效措施，例如形态和电子结构的调控，以开发具有丰富活性位点、导电性高的PBAs基催化剂具有重要意义。

文章简介

基于此，来自浙江师范大学特聘教授高学会博士课题组与广东工业大学的林展教授团队合作，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Construction of hierarchical P/Ni-Ag@AgCoPBA hollowstructures for boosting water oxidation activity”的文章。

该工作制备了由二维纳米片组成的新型P/Ni共掺杂分级Ag₃[Co(CN)₆]中空微米长方体（P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs）电催化剂用于碱性介质中的析氧反应。研究表明由于P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs具有独特的中空结构、可控成分和深度重构的协同优势，确保暴露更多的活性位点，提高电导率，从而显著增强电催化析氧性能。本文为新型高效的PBAs基OER电催化剂的合成提供了参考价值和借鉴意义。

图1 P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs合成示意图。

本文要点

要点一：P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs制备与表征

以钨酸银作为自牺牲模板，依次通过表面包覆、室温刻蚀以及后续磷化热处理过程首次合成由二维纳米片组成的分级中空微米长方体结构的电催化剂，HRTEM表明催化剂主要由Ag纳米粒子和Ag₃[Co(CN)₆]组成，且为分级中空结构，mapping图显示P、Ni元素在整个分级中空结构中是均匀分布的，揭示了P/Ni成功掺杂。

图2 P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs合成中间产物的表征图。

要点二：深度重构提高OER性能及P/Ni掺杂对价态的调控

在1.0 M KOH溶液中，通过对催化剂进行预活化处理，AgCoPBA在电化学反应中发生重构，生成高活性非晶态物种CoOOH，进一步催化OER反应。活化过程中，P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs转化为P/Ni-Ag@CoOOH HHMCs，物相发生明显转变。相比活化后的块状Ag@AgCoPBA（Ag@CoOOH），P/Ni-Ag@CoOOH HHMCs中Co的价态更高，这有利于提高OER催化活性。

图3 P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs和块状Ag@AgCoPBA活化后的表征图。

要点三：电化学OER性能评估

P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs催化剂表现出优异的OER性能，在10 mA cm^-2的电流密度下，过电位为245 mV，优于块状Ag@AgCoPBA和已报道的大多数PBAs基催化剂。此外，P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs催化剂还表现出良好的电化学稳定性。这主要得益于分级空心结构、杂原子掺杂和深度重构的协同效应，其有利于暴露更多可利用的活性位点，增强本征活性，提高电导率。

图4 P/Ni-Ag@AgCoPBA HHMCs和块状Ag@AgCoPBA的电化学性能。

文章链接

Construction of hierarchical P/Ni-Ag@AgCoPBA hollowstructures for boosting water oxidation activity

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137046

通讯作者简介

高学会教授博士硕导

浙江师范大学生化学院，“双龙学者”特聘教授，硕士生导师。主要从事电催化材料和锂硫电池的相关基础研究。迄今为止，在电化学及材料化学领域内顶级杂志共发表学术论文30余篇，其中以第一/通讯作者身份的文章有10篇发表在影响因子IF>10的学术期刊上,包括Angew. Chem. Int. Ed.(4篇), J. Mater. Chem. A, Carbon Energy, Chem. Eng.J., 出版1章节著作，ISI检索被引用2700余次，单篇被引680余次，授权和申请专利12项。担任多个国际著名学术期刊的审稿人。

林展教授博导

广东工业大学博士生导师，创新研究院院长。长期在能量存储和转化特别是锂二次电池领域从事材料制备及应用研究工作，在新型储能材料及电解质领域取得了诸多创新性成果。在此过程中，建立了良好的国内外学术影响力，同时与国内及美国、德国、澳大利亚、台湾等国家与地区的知名课题组建立了长期合作关系。迄今为止，共发表SCI学术论文近100篇，其中有30多篇文章发表在影响因子IF>10的学术期刊上；近5年来，申请人共发表学术论文55篇，其中以第一作者、通讯作者身份的文章有23篇发表在影响因子IF>10的学术期刊上，包括Chem. Rev.，Energy Environ. Sci., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,申请中国专利8项，出版2章节著作，研究成果被世界上30多个国家与地区SCI总引用~8000次，H-index=36。

第一作者简介

张慧雯硕士

张慧雯，浙江师范大学2019级硕士生。研究方向主要集中在分级中空银基电催化剂的合成设计及性能研究。以第一/共一作者身份在Chemical Engineering Journal，Carbon Energy，Journal of Materials Chemistry A，ACS Applied Energy Materials等期刊发表5篇文章。

刘书绚硕士

刘书绚，浙江师范大学2020级硕士生。研究方向主要是电催化剂的合成设计及性能研究。以第一/共一作者身份在Journal Of Materials Chemistry A，Carbon Energy，Chemical Engineering Journal等上发表4篇文章，出版1章节著作。

竺图远硕士

竺图远，浙江师范大学2019级硕士生。主要从事锂硫电池相关基础研究。以第一/共一作者在ACS Applied Materials & Interfaces，Chemical Engineering Journal，Journal of Colloid and Interface Science，Zeitschrift Fur Anorganische Und Allgemeine Chemie期刊发表4篇文章，出版1章节著作。