目前，人们关于镍（Ni）基层状双氢氧化物（LDHs）材料在析氧反应（OER）中的活性相和催化机理仍没有达成共识，也存在一定争议。此外，由于LDHs层的厚度和堆积结构限制了催化活性，设计LDHs的活性中心和活性中心数目是提高OER活性的有效途径。

近日，台湾科技大学Bing Joe Hwang，Wei-Nien Su，Meng-Che Tsai报道了在电化学过程中，有意将客体阴离子（Br^-和Cl^-）引入NiMn-LDHs和β-Ni(OH)₂电极中。

文章要点

1）客体阴离子与主体阴离子相互作用，使得客体阴离子在LDHs的层间距之间原位插层，从而导致电化学过程中层间距的扩张。有趣的是，客体阴离子的嵌入本质上改变了活性中心的电子性质和数量。电化学测试结果表明，引入客体阴离子（1−13 mM Br^-和Cl^-）后，NiMn-LDHs的OER活性得到显著提高。

2）基于客体阴离子Br^-制备的NiMn-LDHs电极在1 M KOH中表现出较高的过氧化活性，在10 mA cm⁻²的电流密度下，起始过电位为0.17 V，过电位为0.24 V。相反，有序β-Ni(OH)₂的OER活性随着客体阴离子浓度的增加而显著降低，其过电势也随着客体阴离子浓度的增加而增大。

3）研究人员通过原位谱-电化学技术和密度泛函理论（DFT）计算了NiMn-LDHs和Ni(OH)₂催化剂在OER过程中的电子和结构变化。研究人员发现，客体阴离子的原位插层会导致LDH层的膨胀，并调节了活性相的电子性质。+3氧化态下的活性NiOOH中间物种通过电子耦合促进了NiMn-LDHs的催化活性。此外，本工作还确定了催化剂在OER过程中的实际活性中心和主要反应中间体。

这项研究还进一步区分了客体阴离子对与NiMn-LDHs创纪录的OER活性相关的OER中心活性和中心密度的单独影响，并为高效OER催化剂的设计提供了一条合适的途径。

参考文献

Soressa Abera Chala, et al, Tuning Dynamically Formed Active Phases and Catalytic Mechanisms of In Situ Electrochemically Activated Layered Double Hydroxide for Oxygen Evolution Reaction, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c05250

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05250