杨春成教授/蒋青教授JMCA：低结晶性具有分级结构的NiGaFe氢氧化物电极用于高效的OER电催化- 大数跨境

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杨春成教授/蒋青教授JMCA：低结晶性具有分级结构的NiGaFe氢氧化物电极用于高效的OER电催化

科学材料站

2021-02-08

导读：该工作采用简单的一步电化学沉积法构筑了低结晶性具有分级结构的Ni0.65Ga0.30Fe0.05氢氧化物(Ni0.65Ga0.30Fe0.05)自支撑电极。

文章信息

低结晶性具有分级结构的NiGaFe氢氧化物电极用于高效的OER电催化

第一作者：宰世锋，董安琪

通讯作者：杨春成*，蒋青*

单位：吉林大学

研究背景

氧析出反应(OER)是许多能量转换和存储技术的基础反应，在电解槽、可充电金属空气电池和可再生燃料电池方面发挥着重要的作用。然而，OER涉及多电子的复杂反应过程，其缓慢的动力学已成为提高这些能量转换和存储装置整体效率的主要瓶颈。

目前，贵金属电催化剂(如Ir和Ru基催化剂)虽然表现出了较高的OER电催化活性，然而储量较少且价格昂贵严重地阻碍了其大规模应用。因此，研发高丰度、低成本和高效的OER催化剂对于解决上述问题来说至关重要。

文章简介

近日，来自吉林大学的杨春成教授和蒋青教授在Journal of Materials Chemistry A期刊上发表题为“Low-crystallinity mesoporous NiGaFe hydroxide nanosheets on macroporous Ni foam for high-efficiency oxygen evolution electrocatalysis”的文章。

该工作采用简单的一步电化学沉积法构筑了低结晶性具有分级结构的Ni0.65Ga0.30Fe0.05氢氧化物(Ni0.65Ga0.30Fe0.05)自支撑电极。

该电极在1 M KOH溶液中表现出优异的OER活性：仅需200 mV的过电势就能达到10 mA cm-2的电流密度；塔菲尔斜率仅为42 mV dec-1；法拉第效率高达96%；在20 mA cm-2的电流密度下经过100 h持续的电解，电势几乎没有增加，表现出了优异的稳定性。

本文要点

要点一：该工作采用简单的一步电化学沉积的方法构筑了低结晶性具有分级结构的Ni0.65Ga0.30Fe0.05自支撑电极，该电极集合了泡沫镍(NF)的大孔和源自Ni0.65Ga0.30Fe0.05纳米片之间空隙的介孔，可提供丰富的可利用活性位点，易于电解液渗透和气体扩散，从而增加了复合材料的催化性能。

要点二：制备的Ni0.65Ga0.30Fe0.05具有较低的结晶性，这种低结晶度的材料不仅可以提供大量的配位不饱和位点，有助于氧化中间产物的吸附，还可以提高活性物质的导电性，加速电子从集流器到催化活性相的迁移速率。

要点三：密度泛函理论(DFT)计算结果表明，Ga和Fe的引入可以调控NiOOH的电子结构，优化对中间产物的吸附，提高OER电催化性能。

文章链接

“Low-crystallinity mesoporous NiGaFe hydroxide nanosheets on macroporous Ni foam for high-efficiency oxygen evolution electrocatalysis”

https://doi.org/10.1039/D1TA00122A

通讯作者介绍

杨春成教授.

吉林大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2001年和2016年分别获吉林大学学士和博士学位，其博士论文被评为“吉林省优秀博士学位论文”。2008年获澳大利亚研究司博士后研究员APD；2011年获悉尼大学博士后研究员；2014年作为学术带头人被吉林大学引进，同年9月获吉林省首批“长白山学者”特聘教授。针对国家发展新能源汽车的战略需求，长期致力于镍氢电池、锂/纳/钾离子电池和燃料电池用金属基复合电极材料的设计与开发等方面的研究工作，取得了系列创新性的研究成果。撰写英文专著两章，发表SCI论文60余篇，包括Matter, Mater. Sci. Eng. R, Adv. Funct. Mater., Appl. Catal. B: Environ., Energy Storage Mater., Adv. Sci.等。主持国家自然科学基金面上项目等12项科研项目，累计经费700余万元；授权国家发明专利15件。

蒋青教授.

吉林大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，汽车材料教育部重点实验室主任。长期围绕低维功能材料，结合热力学理论、电子结构计算材料模拟和实验，开展表面结构和性能及新材料设计研究。共发表SCI论文600余篇，包括Joule, Nat. Commun., Matter, Adv. Mater.等。论文共被SCI引用19000余次，H因子为72。担任基金委工程与材料科学部第七/八届专家咨询委员会委员，Current Nanoscience., Recent Patents on Nanotechnology, Scientific Reports, 钢铁研究学报（中、英文版）编委。主要学术贡献：1. 针对低维吸附材料领域中的科学问题，发展了低维材料热力学理论，发现了与低维材料稳定相结构相关的相变温度和内能与尺寸的本征关系，构建了低维/宏观材料表面能函数体系，为吸附能的调控奠定了理论基础。2. 开拓了采用纳米结构化本征弱吸附性金属材料抑制副反应，实现高选择性和高活性催化的新思路，揭示了材料尺度和晶体结构协同调控表面缺陷、增加表面能、获得适中吸附能的新机制。3. 提出了表面能导向构筑异质表/界面、实现稳定结构和配位效应最大化金属基传感材料吸附能的新方法。