發生析氧反應的新型電催化材料

析氧反應的惰性動力學需要研究在商業上可行的水分離系統的新型催化劑

【據Advancedsciencenews網站10月2日整理報道】努力推動真正實現清潔環保和可持續能源發電已經引發了人們對電催化新材料的關注，尤其是關於水的分離。這可以總結為兩個非常重要的反應:析氫反應(HER)和析氧反應(OER)。在這兩個反應中，OER的動力學獲得了表層的『惰性"，為了達到一個可衡量的反應所需要的超電位是很高的。

為了能實現更大規模地運行，我們必須找到一種方法來顯著提高OER的效率。

傳統的方法是要求在OER的操作條件下使用金屬氧化物催化劑，這種催化劑是較受歡迎的。目前的RuO2和IrO2這類標準催化劑所用的金屬價格昂貴，且天然丰度低。

鈣鈦礦納米纖維具有良好的穩定性

最近美中韓三國合作的一些工作研發出了一系列電紡鈣鈦礦纖維,其中一種La0.6Sr0.4Co0.6Fe0.4O3-δ,OER需要比商用鈣鈦礦纖維和RuO2更低的電位。使用聚乙烯吡咯烷酮與聚丙烯腈組合獲得比表面積為24.2m2/g的均勻纖維結構，與難以打破的標準151m2/g比表面積相比，較高的表面積意味著使用的每種材料數量更容易接近反應位點，影響其總成本。然而，鈣鈦礦纖維結構在至少3小時內被證明是完全穩定的，而在此之前，標準催化劑已經嚴重退化。

Ni(OH)2納米薄片上的穿孔可以改善它們的催化性能

你可能無法想像故意產生缺陷的材料可能是很合適的,而當中美兩國的研究人員一起探究如何改善一種已知鎳催化劑材料,他們的DFT計算表明, Ni（OH）2納米片中的穿孔可以增加氫氧根和氧原子對催化劑表面的吸附，並提高離子的遷移程度。他們的策略是先插入，然後再從Ni(OH)2結構中去除外來異物，從而使理想材料性能比以前的缺陷誘導策略擁有更好的穩定性，並更利於保存。

硼化鎳納米薄片顯示出了高表面積

德國、美國和西班牙三國合作研究了非精密金屬催化劑的可能性。該催化劑與兩種標準材料一致，其中一個樣品顯示出了可比的Tafel斜率。這些研究人員還調查了反應過程中材料的瞬態狀態，揭示了可能進一步影響催化劑設計的重要結構變化。

氧化還原反應可以使用可重複充電的鋅-空氣電池技術

此外，日本九州大學的工作者們也在研究鎳，他們已經開發出了一種用於OER和氧化還原反應(ORR)的材料。他們的雙功能催化劑由強耦合氮摻雜石墨烯載體的NiFe氮化物納米孔形成，對於只有150mV(遠低於220mV的基準值)的電位，ORR活性與商業Pt/C催化劑相匹配。他們還演示了在可重複充電的鋅-空氣電池設置中使用其催化劑材料進行能量儲存和轉換，其性能在30多個小時和180個周期內可以保持穩定。

文章來自advancedsciencenews，原文題目為 Electrocatalysis Snapshots: Materials for the Oxygen Evolution Reaction，由材料科技在線匯總整理。

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