石河子大学研究生，石河子大学研究生院
成果简介
随着化石燃料的过度使用导致的生态问题日益突出和能源危机的加剧，寻求和发展无污染、可再生的新兴能源势在必行。析氧反应作为锌-空气电池充电过程中的阴极反应和水分解的阳极反应，对提高众多能量转换系统的效率起着关键作用。水滑石材料(LDHs)因其特殊的层状结构和优越的化学稳定性在氧气析出反应(OER)和尿素氧化反应 (UOR)中表现出广泛的应用价值。
本文，石河子大学化学化工学院陈龙副教授团队在《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》期刊发表名为“Ternary cobalt–iron–manganese layered double hydroxides with 1D/2D hierarchical nanostructure for oxygen evolution reaction and urea oxidation reaction”的研究性文章，该论文设计了一种具有一维/二维分层纳米结构的三元CoFeMn-LDH材料。将其应用于OER和UOR中，在OER中达到20和100 mA/cm2的电流密度需要243和298 mV的过电位，UOR中达到10 mA/cm2的电流密度需要1.367 VRHE。30小时的稳定性测试后，仍然保持着98 %以上的性能。
亮点一：本文通过简单的一步水热法合成同时具有OER和UOR活性的CoFe0.75Mn0.25-LDH。
亮点二：通过Mn离子的引入优化了电子结构，同时形成由纳米线和纳米片组成的独特的一维/二维分层纳米结构。
亮点三：优异的OER性能，达到20和100 mA/cm2的电流密度需要243和298 mV的过电位。
图文导读
图1. CoFe1−XMnX-LDH合成路线.
图2. CoFe0.75Mn0.25-LDH的电子显微分析.
图3. CoFe0.75Mn0.25-LDH的XRD, XPS表征.
图4. CoFe0.75Mn0.25-LDH的OER性能.
图5. CoFe0.75Mn0.25-LDH的UOR性能.
图6. CoFe0.75Mn0.25-LDH的全解水性能和OER机理研究.
小结
作者通过简单的水热处理，制备出了一种具有优异OER和UOR催化活性的新型三元CoFe0.75Mn0.25-LDH纳米片阵列。Mn的引入改变了CoFe-LDH的电子结构，提高了其本征活性和电导率。此外，Mn/Fe比例的调节诱导了一种独特的纳米线-纳米片结构，提高了催化活性。与CoFe- LDH相比，当电流密度为100 mA cm−2时，CoFe0.75Mn0.25-LDH需要的过电位降低了32 mV。CoFe0.75Mn0.25-LDH具有较强的OER和UOR性能，具有极低的电位和Tafel斜率，在碱性介质中具有良好的稳定性。同时探索了OER过程中LDH的重构，进一步丰富了OER催化机理。本工作发现了一种新型的廉价的三元水滑石，具有优良的OER和UOR性能，丰富了水滑石材料在太阳能催化水分解中的应用。
【文章信息】
Y. Zheng, K. Sun, J. Pang, J. Hou, G. Wang, W. Guo, L. Wang, X. Guo, L. Chen, Ternary cobalt–iron–manganese layered double hydroxides with 1D/2D hierarchical nanostructure for oxygen evolution reaction and urea oxidation reaction., (2022).
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166754
本文第一作者为石河子大学化学化工学院郑阳硕士，通讯作者为陈龙副教授，通讯单位为石河子大学。
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