河南大学AFM:海水分解析氧反应异质界面工程中的电子穿透!

文摘   2024-11-13 15:59   河南  

第一作者:Wangyang Li
通讯作者:王晓兵
通讯单位:河南大学




研究背景



本文讨论了在氧进化反应(OER)过程中异质单元之间的界面电场(IEF)对活性中心的电子调制起着重要作用。研究人员通过嵌入具有高自旋铁轨道的MS2(M = Ni3Fe)物种到异质单元中,来促进电子在IEF之间的穿透。他们设计了一种Fe2O3@MS/MS2@MOy模型催化剂,有效增强了相邻IEF之间的电子相互作用。这种催化剂打破了催化剂在OER过程中吸附进化机制(AEM)和晶格氧机制(LOM)之间的竞争关系,促进了表面双金属的深度氧化。实验结果显示,该合成电极的起始过电位仅为171 mV,并且在1 M KOH + 0.5 M NaCl电解液中以10 mA cm-2的电流密度下可保持2300小时以上的卓越稳定性。这项研究为开发高效稳定的OER催化剂提供了新的概念验证策略。




图文解析



图1. DFT 计算a)Fe2O3@Ni0.75Fe0.25O(m-F-NF)、b)Fe2O3@Ni0.75Fe0.25S@Ni0.75Fe0.25O(mF-NFS1-NF)和c)Fe2O3@Ni0.75Fe0.25S2@Ni0.75Fe0.25O(m-F-NFS2-NF)的模型和差电荷密度。d-f)三种模型的状态密度基于(d)原子总数、(e)插入层中单个原子的 Fe 3d 轨道和(f)插入层中单个原子的 Ni 3d 轨道。

图 5.制备电极在pH 14 KOH + 0.5 M NaCl电解质中的OER稳定性。a) F-NFS-NF的CV循环,b) F-NF的CV循环,c) 在400 mV过电位下制备电极的CV稳定性比较。d,e) F-NFS-NF和F-NF在10和100 mA cm-2电流密度下的电化学阻抗测试。f) F-NFS-NF与其他已报道的NiFe硫化物电极的比较。

该研究成功设计了一种TiS2-TiO2异质结构的电极,其中界面中的BIEF促进了水合锌离子在界面中的溶解和块体中的离子扩散。这种电极表现出较高的电化学反应动力学性能和循环稳定性,在0.1 A g-1条件下具有187.7 mAh g-1的可逆容量和2000次循环的超长循环稳定性。甚至在5A g-1条件下,仍具有较高的倍率容量(160.9 mA h g-1)和容量保持率(85.5%)。该研究强调了原子结构控制与功能性之间的重要关系,并为开发快速充电储能系统提供了指导。

参考文献:

W. LiJ. JiaoJ. WeiX. WangY. ZhaoElectron-Penetrating in Heterointerface Engineering for Oxygen Evolution Reaction in Seawater SplittingAdv. Funct. Mater. 2024, 2416551.

DOI: 10.1002/adfm.202416551


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