Fe/Co/Ni基材料是一种廉价、高活性的非贵金属OER催化剂。这些催化剂在电氧化条件下会发生表面重构,在原始催化剂的表面原位形成无定形或低结晶性的催化物种。在实际条件下,对析氧反应(OER)预催化剂的重构和性能评估的基础研究对于实际的水电解具有重要意义。
有鉴于此,武汉理工大学麦立强教授和吴劲松教授等人,捕获了水合钼酸盐在氧化电势下的动态重构,包括几何/相结构,发现其是一种全重构催化剂及其超稳定催化应用。
本文要点
1)研究发现水合钼酸镍(NiMoO4•xH2O)纳米线在常温碱性OER下可自发完全重构,而经过煅烧处理并失去结晶水的钼酸镍材料,发生表面重构。通过原位拉曼、非原位电镜等表征,揭示了水合钼酸镍的动态重构过程,包括结构坍塌、物种浸出、表面无定形化、低结晶性羟基氧化物的形成、电解液的深度渗透、内部前催化剂的重构等复杂步骤。研究发现多物种(包括结晶水、钼酸根离子)共浸出所产生的疏松重构层是其重构过程进行彻底的关键因素。
2)所获得的全重构催化剂是由~5 nm超小活性颗粒内连接的纳米线结构,具有低结晶性、多孔、丰富缺陷等特征,有利于溶液的渗透和质量的输运。
3)这种独特的结构避免了催化过程中的颗粒团聚,并促进了对催化剂的充分利用,使用寿命达到1350小时,可满足工业要求。全重构催化剂在常规及工业参数下均表现出高催化稳定性和结构组分稳定性。
参考文献:
Xiong Liu et al. Complete Reconstruction of Hydrate Pre-Catalysts for Ultrastable Water Electrolysis in Industrial-Concentration Alkali Media. Cell Reports Physical Science, 2020.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2020.100241
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100241