氢气是一种清洁的高能量密度的能源载体，可以减少或消除对 有限的传统化石能源的依赖。长期以来，电化学水分解一直被认为是通过使用来自太阳能、风能和其他可再生资源的电力来产生用于能量存储的氢。在整个电解水过程中，析氢反应（HER）发生在阴极电极，析氧反应（OER）发生在阳极电极。HER涉及两个电子转移过程，而OER涉及复杂的多步质子耦合电子转移过程，导致本质上缓慢的反应动力学，这严重阻碍了电解水的整体效率。因此，需要研制出高效的OER电催化剂。
本文制备了一个多孔的和自支撑的FeNi合金纤维纸，以实现优异的OER性能与超低的过电位，以及优异的稳定性。Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O的混合液转移到洁净室擦拭器上,待干燥后在N2氛围下,700℃处理2h使得洁净室擦拭物碳化和Ni、Fe元素氧化。后在石墨炉中900℃退火2小时以除去衍生的碳。最后通过氢热处理工序,获得氧化物纤维纸。当完全冷却至室温时，得到具有自支撑和多孔结构的Fe0.4Ni0.6合金纤维纸，记为Fe0.4Ni0.6合金纤维纸。
图1:自支撑多孔FeXNi1-X合金纤维纸的制备和FeXNi1-X合金纤维纸作为高性能OER电极用于电解水的示意图。
图2:(a)FeXNi1-X合金纤维纸的XRD图案；(b)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的照片及其相应的不同弯曲角度(b1和b2)；(c)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的EDS光谱；(d—g)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸在不同放大倍数下的SEM图像；(h)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的HAADF—STEM图像。
图3:(a)FeXNi1-X合金纤维纸和RuO2/NF在氧饱和1.0M KOH溶液中的LSV曲线，扫描速率为5 mV S−1；(b)FeXNi1-X合金纤维纸和RuO2/NF的Tafel图；(c)FeXNi1-X合金纤维纸的比活度(经ECSA归一化)；(d)FeXNi1-X合金纤维纸的RCT；(e)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸在250 mA cm-2下的长期稳定性试验；(f)OER测试后Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的EDS谱；(g)Fe0Ni1.0合金纤维纸和Fe0.4Ni0.6合金纤维纸OER测试后的拉曼光谱；(h)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸在不同应用电位下的拉曼光谱；(i)OER测试前Fe0Ni1.0合金纤维纸和Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的Ni 2 P的XPS；(j)OER测试后Fe0.4Ni0.66合金纤维纸和Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的Ni 2 P和(k)Fe 2 P的XPS深度分布。
图4:(a-c)OER测试后的Fe0.4Ni0.6合金纤维纸在不同放大倍数下的SEM图像;(d)OER测试后的Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的SEM图像及其相应的Fe、Ni和O元素的EDS图;(e、f)OER测试后的Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的TEM图像和g)HAADF-STEM图像;(h)在OER测试之后的Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的HAADF-STEM图像及其在区域I中的Fe、Ni和O元素的对应的STEM-EDS线扫描，及其在区域I中的Fe、Ni和O元素的对应的STEM-EDS映射。
图5:(a)部分Fe原子沿着溶出并进行表面重构的FeXNi1-X合金纤维纸示意图：(b)用于计算Fe0.4Ni0.6合金纤维纸OER的由合金金属和金属羟基氧化物的111表面形成的双层模型的侧视图：(c)用于计算Fe0.4Ni0.6合金纤维纸和Fe0Ni1.0合金纤维纸OER的四个步骤的吉布斯自由能图;(d)Fe0Ni1.0合金纤维纸和(e)Fe0.4Ni0.6合金纤维纸的 *OOH含氧中间体的优化结构。
