材料黃小青Angew.Chem.Int.Ed.：實(shí)現(xiàn)高效析氧反應(yīng)雙鈣鈦礦LaFeNi1

1、第 PAGE5 頁(yè) 共 NUMPAGES5 頁(yè)材料黃小青Angew.Chem.Int.Ed.：實(shí)現(xiàn)高效析氧反應(yīng)雙鈣鈦礦LaFe Ni1蘇州大學(xué)黃小青團(tuán)隊(duì) Angew.Chem.Int.Ed.：實(shí)現(xiàn)高效析氧反應(yīng)的雙鈣鈦礦 LaFe_Ni1-_O3納米棒催化【引言】為滿足可再生能的高需求，設(shè)計(jì)高效、經(jīng)濟(jì)的電化學(xué)能轉(zhuǎn)化催化劑迫在眉睫。析氧反應(yīng)是是許多可再生能技術(shù)的關(guān)鍵步驟。然而，由于多步質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移，OER 的動(dòng)力學(xué)是緩慢的。IrO 2 和 RuO 2 等催化劑被認(rèn)為是 OER 最活躍的催化劑，但它們的稀有性和高成本阻礙了它們的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。最近，具有通式 ABO 3 的鈣鈦礦氧化物，因其可以

2、容納多種組分和結(jié)構(gòu)，可進(jìn)一步調(diào)優(yōu)化其性能而受到越來(lái)越多的關(guān)注。其中策略通常為改善表面積（SA）和增強(qiáng)內(nèi)在活性。而對(duì)于雙鈣鈦礦（AArsquo;BBrsquo;O6），A 或 B 陽(yáng)離子被不同的陽(yáng)離子取代，可以產(chǎn)生增強(qiáng)的性質(zhì)，其中 B 位點(diǎn)被其他 TMs 替代是將 d 帶中心調(diào)節(jié)到費(fèi)米能級(jí)（EF）的有效方法。雖然已經(jīng)取得了進(jìn)展，但設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和組成可控的雙鈣鈦礦作為活性、穩(wěn)定性和成本效益高的 OER 催化劑仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)?！境晒?jiǎn)介】近日，在蘇州大學(xué)黃小青教授團(tuán)隊(duì)（通訊作者）帶領(lǐng)下，與湖南師范大學(xué)合作，證明雙鈣鈦礦 LaFe _ Ni 1-_ O 3 （LFNO）納米棒（NRs）可以作為高活性和穩(wěn)定

3、的 OER 電催化劑。在 Ni/Fe 比為8：2 的優(yōu)化下，LFNO-II NRs 在 10 mA cm -2 下具有 302 mV的低過(guò)電位和 50 mV dec -1 的低 Tafel 斜率，優(yōu)于商業(yè) Ir/C。LFNO-II NRs 也顯示出高 OER 穩(wěn)定性，20 小時(shí)后電流略有下降。進(jìn)一步研究表明，活性增強(qiáng)的原因是表面積的改善、電子結(jié)構(gòu)的定制以及 O 與 Ni 的強(qiáng)雜化。相關(guān)成果以題為“Double Perovskite LaFe _ Ni 1-_ O 3Nanorods Enable Efficient O_ygen Evolution Electrocatalysis”發(fā)表在了

4、Angew.Chem.Int.Ed.上?！緢D文簡(jiǎn)介】圖 1 LFNO NRs 的物理性能表征（a）LFNO NRs 的晶體模型。（b）LFNO-I NRs，LFNOII NRs 和 LFNO-III NRs 的 _RD 圖譜。插圖顯示衍射峰隨 Fe 濃度增加而移動(dòng)。（c-e）分別為 LFNO-I NRs（c），LFNO-II NRs（d）和 LFNO-III NRs（e）的 SEM 圖像。（f-h）分別為 LFNO-II NRs 的 TEM 圖像（f），HRTEM 圖像（g）（插圖顯示 FFT 模式）和 STEM-EDS（h）元素分布圖。圖 2 LFNO NRs 的 _PS 光譜表征（a-d）

5、分別為 LFNO NRs 的 Fe 2p（a）和 La 3d（b），Ni 2p（c）和 Ni 2p 3/2 （d）的 _PS 光譜。圖 3 LFO NRs 和 LNO NRs 的 OER 電化學(xué)表征（a）LFO NRs，LNO NRs 的 OER 的 LSV 曲線。（b）LFO NRs，LNO NRs 和商業(yè) Ir/C 的 OER 的 Tafel 圖。圖 4 各種 LFNO NRs 的 OER 電化學(xué)表征（a）各種 LFNO NRs 和商業(yè) Ir/C 的 OER 的 LSV 曲線。（b）不同 LFNO NRs 在 1.55V（vs.RHE）時(shí)的電流密度和在10mA cm -2 時(shí)的過(guò)電位。（c

6、）不同催化劑的塔菲爾圖。（d）LFNO-II NRs 和商用 Ir/C 在 1.53V（vs.RHE）下的計(jì)時(shí)電流曲線。圖 5 不同催化劑的 OER 活性及機(jī)制（a）LFNO-I，LFNO-II 和 LFNO-III NRs 的電流密度與 ECSA的關(guān)系。（b）在 1.55 V (vs.RHE)下的電流密度與不同 LFNO NRs 的ECSA 進(jìn)行了對(duì)比，并估算了相同 ECSA 下 LFNO-II NRs 的活性。（c）LNO，LFNO-I，LFNO-II 和 LFNO-III NRs 的價(jià)帶光電子能譜。白色條顯示 d 帶中心。（d）金屬氧化物的常規(guī) OER 機(jī)制。（e）LNO，LFNO-I，LFNO-II 和 LFNO-III NRs 在 10mA cm -2下的 OER 活性與 E-Ef 參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。【小結(jié)】總之，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了一系列雙鈣鈦礦納米棒作為 OER 的高效和穩(wěn)定的催化劑。將 Fe 精確地引入鈣鈦礦 LNO NRs 中，可以得到OER 活性的雙鈣鈦礦 LFNO NRs。最活躍的催化劑 LFNO-II NRs在 10 mA cm -2 時(shí)的過(guò)電位僅為 302 mV，Tafel 斜率為 50 mV dec -1 ，甚至優(yōu)于商用 Ir/C。雙鈣鈦礦 LFNO NRs 對(duì) OER 具有高耐久性，在連續(xù)電解 20 小時(shí)后具有輕微的活性衰減。表面 VBS研究表明，引入