中国科大：宏量制备无定形NiFeMo氧化物及其表面重构助力高效OER电催化

来源：X一MOL资讯

析氧反应（OER）是电化学全水解产氢的关键步骤，缓慢的OER动力学过程在很大程度上阻碍了全分解水系统的应用。因此，发展廉价高效的OER电催化剂，进一步降低电极过电势，是非常具有挑战性课题。相对于目前广泛报道的结晶型电催化剂而言，无定形OER电催化剂因其提高的性能而逐渐受到关注。然而，制备无定形催化剂的方法发展缓慢，而且无定形结构在催化反应中的作用仍然没有清晰的解释。材料空位（如氧空位）是OER催化剂的理想催化位点，其可以提高材料导电性，调节催化材料表面与氧中间体的相互作用，降低动力学能垒，从而提高OER性能。然而，如何实现催化剂中适量氧空位的生成仍然面临很大的挑战。

图1. 无定形NiFeMo氧化物的大规模合成

近日，中国科学技术大学俞书宏教授团队和高敏锐教授课题组通过室温过饱和溶液共沉积法，实现了无定形NiFeMo氧化物纳米材料的宏量制备。该方法简便快捷，反应几分钟即可一次性生产多达515克的产物 （图1）。制备的无定形NiFeMo氧化物在碱性条件下展示出优异的OER催化活性，明显优于结晶型的NiFeMo氧化物。其在10 mA/cm2的过电位仅为280 mV，并表现出优异的循环稳定性（图2）。

图2. 无定形NiFeMo氧化物和结晶型NiFeMo氧化物的OER性能比较

通过深入观察测试中催化剂的衍变，研究人员发现无定形NiFeMo氧化物在OER过程中经历了快速的表面自重构过程，形成了富氧空位的NiFeOOH活性层，而后者作为真正的活性中心表现出优异的催化活性。原位拉曼信号表明无定形NiFeMo氧化物能在更低的过电势下形成NiFeOOH活性层。相对而言，结晶型NiFeMo氧化物，其表面自重构过程缓慢，这是因为Mo从结晶型NiFeMo晶格扩散溶解到电解质中的过程受到限制，导致Ni/Fe阳离子的表面自构造过程受到抑制，从而无法形成高效的活性中心（图3）。进一步的密度泛函理论（DFT）计算表明，氧空位可以弱化*OOH吸附，提高OER性能。

图3. 无定形NiFeMo氧化物和结晶型NiFeMo氧化物的原位拉曼测试和表面重构示意图

该研究工作对无定形金属氧化物的合成及催化机理进行了深入阐述，为宏量制备无定形金属氧化物OER催化剂的合成与研究提供了新思路。相关研究论文发表在Angewandte Chemie International Edition 上。该论文共同第一作者为中国科学技术大学博士生段玉、博士后余自友和博士生胡少进。