郝晓东/Bin Liu/Yan Qingyu教授AEM：用于高效析氧反应的无定形/结晶异质结构钴-钒(氧)氢氧化物- 大数跨境

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郝晓东/Bin Liu/Yan Qingyu教授AEM：用于高效析氧反应的无定形/结晶异质结构钴-钒(氧)氢氧化物

科学材料站

2020-10-22

导读：该工作报道了一种阳离子交换方法来制备钴-钒-铁(氧)氢氧化物(CoV-Fe0.28)纳米片，该纳米片对于氧化的中间体具有可调的结合能。

文章信息

用于高效析氧反应的无定形/结晶异质结构钴-钒(氧)氢氧化物

第一作者：Min Kuang

通讯作者：郝晓东*，Bin Liu*，Yan Qingyu*

单位：陕西科技大学和南洋理工大学

研究背景

日益增长的能源消耗和全球变暖的挑战促使人们探索电催化水分解过程以产生分子H2，其中氧化半反应，即析氧反应(OER)起着重要作用。然而，OER是一个四电子耦合反应，产生高动力学势垒，遭受高超电势和低效率。高性能催化剂的设计是高效OER的重要一步。

以前，铱(铱)和钌(钌)基材料通常用于OER催化剂，但这些贵金属的稀缺和高成本限制了它们的广泛应用。因此，开发富含地球且廉价的电催化剂，以降低OER过程的超电势，一直是实际应用的挑战。

文章简介

近日，陕西科技大学郝晓东，南洋理工大学Bin Liu，Yan Qingyu教授在国际顶级期刊Advanced Energy Materials (影响因子：25.245) 上发表题为“Amorphous/Crystalline Heterostructured Cobalt‐Vanadium‐Iron (Oxy)hydroxides for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction”的研究工作。

该工作报道了一种阳离子交换方法来制备钴-钒-铁(氧)氢氧化物(CoV-Fe0.28)纳米片，该纳米片对于氧化的中间体具有可调的结合能。CoV-Fe0.28催化剂中非晶/晶异质结构的形成，与它们的晶体和非晶对应物相比，增加了活性位点的暴露。

此外，钴、钒和铁阳离子在CoV-Fe0.28催化剂中的协同作用微妙地调节了局部配位环境和电子结构，导致该基本反应步骤的最佳热力学势垒。结果，CoV-Fe0.28催化剂对OER表现出优异的电催化活性。要求215mV的低过电位，以提供10mA·cm-2的电流密度和39.1mV·dec-1的小塔菲尔斜率，优于商用二氧化钌(分别为321mV和86.2mV·dec-1)。

本文要点

要点一：在这项工作中，非晶态/晶态多相CoV-Fe0.28纳米片对OER有很好的催化性能。阳离子交换法引入铁离子不仅调节非晶态/晶态异相，而且调节钴钒铁催化剂的钴钒铁阳离子的局部配位环境和电子结构。

要点二：非晶/结晶异相的产生会导致丰富的表面缺陷和配位不饱和位点，并随后增加活性位点的暴露。更重要的是，动力学模拟结果证实了CoV-Fe0.28催化剂的优化表面结构对于降低RDS的能垒是非常有利的。因此，CoV-Fe0.28催化剂在电流密度为10mA·cm-2、Tafel斜率为39.1mV·dec-1的条件下表现出仅215mV的低过电位。

要点三：该工作表明有望为高效稀土元素衍生电催化剂的制备提供新的方向，并进一步扩展我们对OER总体结构-活性关系的理解。

文章链接

Amorphous/Crystalline Heterostructured Cobalt-Vanadium-Iron (Oxy)hydroxides for Highly Efficient Oxygen Evolution Reaction

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002215

通讯作者介绍

郝晓东，工学博士，副教授，硕士研究生导师

入选陕西科技大学2018 “青年拔尖人才”计划，现就职于陕西科技大学材料原子·分子科学研究所，从事教学科研工作。主要工作是利用球差校正电子显微镜技术相关分析手段（TEM, STEM, EELS和EDS等），在超微观尺度解析纳米材料的原子结构、化学组成和化学价态等，建立纳米材料超微观构效关系。相关研究成果在纳米材料领域内的国际期刊Small (2)，Dalton Transactions (2)，Applied Surface Science，Industrial & Engineering Chemistry Research，Nanoscale Research Letter，RSC Advance，Materials letter, Ceramics Internationals等发表SCI学术论文20余篇，他引次数388次，RG score 25.1，H-index 11；参加国内外学术会议25次（其中邀请、口头报告19次）；授权中国发明专利5项，申请专利1项。

https://clyjs.sust.edu.cn/info/1019/1093.htm

Bin Liu，教授

在新加坡国立大学化学工程专业获得学士学位（2002）和硕士学位（2004年），在明尼苏达大学化学工程专业获得博士学位（2011年）。他还曾在加州大学伯克利分校化学系担任博士后研究员（2011-2012年）。他目前是南洋理工大学化学与生物医学工程学院的助理教授。Bin在纳米结构材料的合成方面拥有丰富的经验，并且从事用于能量转换和能量存储的纳米结构材料的研究已有10多年。

http://www.ntu.edu.sg/home/liubin/home.html.

Qingyu Yan，现任南洋理工大学材料科学与工程学院教授

他在南京大学材料科学与工程学院获得学士学位。他获得了纽约州立大学石溪分校材料科学与工程系的博士学位。之后，他加入了伦斯勒理工学院材料科学与工程系，担任博士后研究助理。他于2008年初加入南洋理工大学材料科学与工程学院担任助理教授，并于2013年成为副教授。研究兴趣：1）先进的电池技术，2）新的电池材料开发，3）热电半导体，4）纳米晶体的合成与集成。

https://www.ntu.edu.sg/home/alexyan/