NiFe-MOF衍生的Fe掺杂Ni基硒化物作为高效的析氧催化剂*
2021-11-30王天河黄亭亭秦子菁任威威唐文强谢华明
王天河,黄亭亭,秦子菁,任威威,蒋 庆,唐文强,谢华明,雷 英
(四川轻化工大学化学工程学院,四川 自贡 643000)
随着绿色、可持续和可再生能源氢能源越来越受到关注,产氢、储氢以及氢能转化技术等成为研究热点[1]。电化学水裂解是一种极有前途的清洁产氢方法,然而析氢过程伴随着的动力学缓慢的析氧反应(OER)却限制了水裂解过程[2]。贵金属电催化剂如IrO2和RuO2具有较好的OER性能,然而其资源的稀缺性和高昂的价格阻碍了大规模应用。研究发现一些非贵金属的过渡金属氧化物[3]、磷化物、硫族化合物[4]、氮化物[5]和层状氢氧化物[6]具有一定的OER催化活性。过渡金属硒化物具有良好晶型结构、好的导电性,显示了良好的电催化活性[7-8],其中NiSe, NiSe2和Ni3Se2对水分解具有明显的电催化性能[9-10]。
深入研究发现,多种组分的协同作用或者掺杂形成的杂化材料可以改善电荷转移,有利于改善催化性能[11-12]。如在泡沫镍上生长的共晶NiSe/Ni3Se2电催化剂具有显著的电化学活性,NiSe与Ni3Se2之间的界面重构导致电荷重新分布,从而降低了能垒[13]。Fe掺杂的Ni基化合物通常表现出优于单一的Ni基化合物的OER性能[14-15]。Daniel Friebel等[14]通过高能分辨率原位X射线吸收光谱(XAS)分析发现Ni1-xFexOOH中的Fe3+与周围的[NiO6]八面体共边而占据了Fe-O的八面体位置,致使混合氧氢氧化物(Ni1-xFexOOH)比纯Ni(OH)2和FeOOH的OER活性高出500倍。Chao等[16]发现双金属NiCo磷化物中Ni和Co催化位点之间的协同作用明显增强了OER活性。类似的,发展双金属中心的复合硒化物可能是提高单一硒化物OER活性的有效策略。
金属有机框架是由金属离子或团簇和有机桥联配体在三维空间内所构建的一系列多孔晶体材料[17],可以作为模板构建具有高度暴露位点的多孔金属物种[18-19]。……
