重拾金鑲玉-具有出色雙功能催化性能的金屬氫氧化物-氮摻雜石墨烯複合材料

析氧反應（OER）和氧氣還原反應（ORR）是電催化學科兩種典型的催化反應，這兩種反應在電解水，燃料電池，金屬-空氣電池等領域有著廣泛的應用。而尋找一種簡潔，高效，能將這兩種催化性能集於一身的高效催化劑一直以來都是科研工作者的努力方向。層狀雙氫氧化物（LDH）和石墨烯（Graphene）作為二維納米材料中具有代表性的兩種，可謂是二維材料催化劑中「黃金」和「碧玉」。在之前的研究中研究人員發現Co3+離子在氫氧化物中可以在保持高OER催化活性的同時提高ORR催化活性（Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500245），同時摻雜graphene具有出色的ORR催化性能。

基於此，北京化工大學孫曉明課題組和潘軍青課題組利用原位生長的方法，以氮摻雜氧化石墨烯（N-GO）為基底，在其表面生長高密度，邊緣活性位點得到充分暴露的NiCo3+Fe-LDH，得到的NiCo3+Fe-LDH/N-GO具有開放的三維結構，在保持每一單獨組份催化性能優異的同時，提高了傳質和電子傳輸，做到了將「黃金」和「碧玉」的緊密結合，實現了雙功能催化劑「金鑲玉」的製備，超過了單一組分的價值。

該雙功能催化劑的OER催化性能優異，起峰電位為1.41 V，遠遠超過貴金屬Ir、Ru基催化劑；ORR中起峰電位為0.88 V，雖距離Pt/C仍有所差距，但雙功能半波電位差已經低至0.769 V，遠低於Pt/C和Ir/C的組合。該工作證明了通過簡單方法將兩種具有單一功能催化劑有機結合一起從而實現優異雙功能催化劑的可能，對於未來金屬-空氣電池的設計，能源轉換領域的發展，有一定的推動作用。相關成果發表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201701905）上。

來源：MaterialsViews

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