点击文末阅读原文可直达文献
碱性阴离子交换膜水电解（AEMWE）是一种利用低成本和非贵金属材料进行氢气生产的环保技术。然而，AEMWE的性能与传统的质子交换膜水电解（PEMWE）相比仍然存在差距。为了弥合这一差距，研究团队提出了一种基于NiX（X = Fe, Co, Mn）层状双氢氧化物（LDH）催化剂的创新设计，并将其应用于催化剂涂覆膜（CCM）中，大幅提高了AEMWE的电解性能。
成果简介
通过电化学和计算模拟相结合的方法，研究团队发现，NiX LDH中氧配位原子与Ni4+中心的相互作用对于提升电解性能至关重要。利用先进的涂覆技术制备的CCM，使得AEMWE电解槽的极化特性和氢气产率接近最先进的PEMWE。实验表明，AEMWE单电池在超过5 A cm⁻²的电流密度下，电池电压保持在2 V以下，展现出优异的电化学活性和稳定性。
研究亮点
创新的NiX LDH催化剂设计：NiFe LDH中活性氧配位原子的调控显著提升了电化学活性，推动了电解反应的高效进行。
CCM制备技术突破：通过湿法涂覆技术实现了均匀稳定的CCM，为提升AEMWE性能提供了新的解决方案。
高效的电解槽性能：AEMWE电解槽在高电流密度下表现出极低的过电压和高氢气产率，达到超过5 A cm⁻²的电流密度。
配图精析
图1：展示了NiFe、NiCo和NiMn LDH催化剂的OER性能对比图。通过旋转圆盘电极测量，发现NiFe LDH在不同浓度的碱性溶液中表现出最优异的电化学活性，而NiMn LDH表现最差。
图2：描述了NiFe、NiCo和NiMn LDH催化剂在操作电位下的氧K边吸收光谱变化。结果表明，NiFe LDH在高电位下形成的γ-LDH相具有更强的氧-配位键结合特性，显示出更高的电化学活性。
图3：揭示了α-LDH向γ-LDH相转变过程中的计算O K边谱变化。实验和计算结果表明，γ-LDH相中µ3-O位点的形成对于催化反应的进行至关重要。
图4：评估了NiFe LDH涂覆的CCM在单电池测试中的极化曲线和稳定性。实验结果表明，电解槽在不同温度下均表现出极低的电压损失和良好的长期稳定性。
展望
本研究通过设计创新的NiX LDH催化剂和优化的CCM制备技术，实现了AEMWE电解槽性能的显著提升。未来，研究团队将进一步探索其他非贵金属催化剂的设计，以期实现更高效、更低成本的氢气生产技术。
文献信息
期刊：Nature Catalysis
DOI：10.1038/s41929-024-01238-w
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01238-w
点击阅读原文直达文献~
声明：更多内容请参考原文，如有侵权，后台联系编辑删除。
