【引言】

化石燃料的快速消耗以及由此产生的温室效应使得开发清洁和可持续的能源储存和转换技术变得尤为重要。其中，电化学分解水被认为是一种行之有效的方法来获得清洁的氢燃料。然而，阴极上的析氢反应(HER)严重受限于缓慢的阳极析氧反应(OER)。因此，提高用于析氧反应(OER)的电催化剂的催化活性和耐久性已成为目前电催化领域亟待解决的研究热点之一。其中，基于过渡金属元素Co的氧化物(氢氧化物)由于其优异的催化性能以及低廉的使用成本而被广泛关注，这类材料已展示出巨大的应用潜力来代替传统的贵金属催化剂。此外，以往的研究表明空心结构可以显著提高电催化材料的化学性能。高比表面积和薄壳赋予了中空纳米催化剂丰富的表面活性位点和高扩散效率。因此，从组分和结构角度出发，设计合成具有复杂空心结构的Co基电催化材料将有利于解决目前OER领域遇到的难题。

【图文解析】

图1 Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs形成过程的示意图

阶段1：阴离子交换反应合成ZIF-67/Co-Fe PBA YSNCs前驱体；

阶段II: 热处理转换生成Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs。

图2 ZIF-67 NCs 和ZIF-67/Co-Fe PBA YSNC的微观结构表征

(a) ZIF-67 NCs的FESEM图像；

(b) ZIF-67 NCs的TEM图像；

(c) ZIF-67/Co-Fe PBA YSNC的FESEM图像；

(d-f) ZIF-67/Co-Fe PBA YSNC的TEM图像。

图3 Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs的微观结构表征

(a,b) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs的FESEM图像；

(c-e) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs的TEM图像；

(f) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs的元素分布图像。

图4 OER电催化性能表征：

(a) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs，Co-Fe oxide SSNBs和Co₃O₄ SSNBs在1M KOH中的LSV曲线；

(b) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs，Co-Fe oxide SSNBs和Co₃O₄ SSNBs 的Tafel斜率；

(c) Co₃O₄/Co-Fe oxide DSNBs的稳定性测试。

【总结与展望】

增强的OER性能可归结为Co-Fe元素的有效杂化和其独特的双壳空心结构。将Fe元素引入氧化钴可能会提高其导电性，从而有利于电化学催化。此外，双壳层纳米结构不仅可以提供丰富的活性中心，还可以增加电极/电解质的接触面积，有助于提高催化活性。研究人员在本工作提出的离子交换反应机理为设计制备其他具有复杂组分和结构的功能性纳米材料提供了全新的思路。

文献连接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201801211

Metal-Organic Framework Hybrid-Assisted Formation of Co₃O₄/Co-Fe Oxide Double-Shelled Nanoboxes for Enhanced Oxygen Evolution.

Adv. Mater., 2018, 30, 1801211.

课题组主页：https://www.ntu.edu.sg/home/xwlou/