Das Shanghai-Institut für Keramik und andere haben einen Elektrokatalysator der Sauerstoffentwicklung für die Glaskeramik vorbereitet

Die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) ist eine wichtige Halbreaktion bei Energieumwandlungs- und Lagerungsvorrichtungen wie Elektrolyse von Wasser und sekundäre Metall-Luft-Batterien. OER hat jedoch eine hohe Reaktionsenergiebarriere und langsame Kinetik, und herkömmliche Elektrokatalysatoren, die auf Edelmetallen basieren, sind daher teuer. Daher besteht dringend erforderlich, neue nicht-noble Metallelektrokatalysatoren zu entwickeln. Amorphe Elektrokatalysatoren haben reichlich aktive Zentren, während kristalline Katalysatoren gute Elektronentransfermerkmale aufweisen. Das angemessene Design und eine angemessene Optimierung der Mikrostruktur und Zusammensetzung des Elektrokatalysators und des Aufbaus von Zweiphasen-Nanokompositen bieten mehr Möglichkeiten zur Verbesserung der Leistung von OER; Die Kombination aus In-situ-Charakterisierungstechnologie und theoretischen Berechnungen wird voraussichtlich den katalytischen Mechanismus von OER weiter aufdecken.

Kürzlich hat das Forschungsteam von Wang Jiacheng, Forscher am Shanghai Institute of Ceramics, Chinesische Akademie der Wissenschaften, eine kristallamorphe Zwei-Phasen-Struktur (NI1.5SN@trimpo4) zur Verwendung in elektrokatalytischem OER erstellt. Verwandte Forschungsergebnisse wurden in Angewandte Chemie International Edition mit dem Titel A Glass-Ceramic mit beschleunigter Oberflächenrekonstruktion zur effizienten Sauerstoffentwicklungsreaktion veröffentlicht und als sehr wichtiges Papier (VIP) ausgewählt. Wang Jiacheng, MA Ruguang, stellvertretender Forscher des Shanghai Institute of Ceramics, und Liu Danmin, ein Forscher der Technischen Universität Peking, sind die Mitkreuchten von Autoren des Papiers.

Die Forschung begann mit Snfeni Perovskithydroxid (frühere Arbeiten in J. Mater. Chem. A. 2020, 8, 5919-5926) und erhielt NI1.5SN@Trimpo4-Glaskeramik durch niedrige Temperaturphosphating. Weitere Verwendung der elektrochemischen Aktivierung, um einen Teil der Kation Sn4+ und Anion PO43-zu beschleunigen, die Oberflächenrekonstruktion der Glaskeramik zu beschleunigen und eine aktive Schicht (Ni (Fe) ooh-mit intrinsischen Sauerstoffablöschern Vo und Residual PO43-) am am Katalysatoroberfläche VO-PO4). Im Vergleich zur Kontrollprobe wird der Überpotential der umstrukturierten Glaskeramik signifikant verringert und die OER-Kinetik verbessert, was mit einigen nicht-noblen Metallelektrokatalysatoren vergleichbar ist. Theoretische Berechnungen zeigen, dass die Energie der niedrigen Leerstandsbildung von SN und die hohe Adsorptionsenergie von PO43- auf der VO-Stelle die Oberflächenrekonstruktion der Glaskeramik beschleunigen; Die verbleibenden PO43- und VO-Stellen führen zum Ladungstransfer benachbarter NI-Atome, wodurch die Mitte des D-Bandes näher am Fermi-Level liegt. Diese Ladungsverteilung optimiert die Adsorption von OH* und OOH* Intermediate an Metall -Oxyhydroxiden und verbessert die OER -Aktivität. Diese Studie beweist die strukturellen Vorteile der Glaskeramik bei der Förderung der Oberflächenrekonstruktion und bietet neue Ideen für die Gestaltung fortschrittlicher Elektrokatalysatoren.

Die Forschungsarbeiten wurden von der National Natural Science Foundation Chinas und der Shanghai Science and Technology Commission finanziert.

Abbildung 1. Glasceramic-Beschleunigung der Oberflächenrekonstruktion und fördert die OER-Reaktion

Abbildung 2.

Die Glaskeramik mit zweiphasige Struktur wurde durch Phosphatemethode mit niedriger Temperatur in Kombination mit XRD, XPS, HRTEM, EDS-Mapping und anderen Technologien synthetisiert. Es wird bewiesen, dass die kristalline Phase NI1.5SN-Nanopartikel ist und die amorphe Phase Trimpo4 ist Trimpo4 ist Trimpo4 ist Trimpo4-Phase. Phosphat