王中林/孙春文Nano Energy：摩擦纳米发电机驱动电沉积制备三功能电催化剂：NiFe-LDH纳米片负载Pt纳米团簇

雨辰

2020-03-11

设计在电化学水分解和可充电金属空气电池上具有优异性能的高效电催化剂是一项紧迫而富挑战性的任务。

有鉴于此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所孙春文研究员和王中林院士等人合作，利用层状摩擦纳米发电机（TENG）产生的高压脉冲直流电提供了一种新型电源，可在没有任何封端剂的情况下将亚2 nm Pt纳米团簇电沉积到NiFe-LDH纳米片上，以提高析氢反应（HER）的活性，并将NiFe-LDH晶格中的部分Fe³⁺阳离子还原为Fe²⁺，以增强析氧反应（OER）活性。

本文要点

1）通过改变层状TENG的工作频率，可以很容易地将Pt纳米簇的粒径在0.8 nm和1.2 nm之间调节。通过将粒径低于2 nm的Pt纳米簇负载到NiFe-LDH（Pt-NiFe-LDH）上，碱性电解液中的电流密度为50 mA cm^-2时，HER过电位从345 mV下降到86 mV。

2）Pt纳米团簇与NiFe-LDH纳米片之间的协同作用增强了HO-H键的裂解和氢中间体的重组以形成分子氢，从而显着提高了HER活性。同时，受益于通过将Fe³⁺还原为Fe²⁺来调节局部原子结构和晶体缺陷，NiFe-LDH纳米片具有增强的OER活性。沉积的亚2纳米Pt纳米簇也提高了氧还原反应（ORR）活性，半波电势为0.84 V（vs RHE）。因此，所制备的Pt-NiFe-LDH催化剂表现出对HER，ORR和OER的三功能催化活性，并且可以用作整体电催化水分解和可充电锌-空气电池的电极催化剂。

3）使用最佳催化剂（Pt-NiFe-LDH-0.5-12）作为全水分解电极，在50 mA cm^-2的电流密度下，OER和HER之间的电势差降至1.63 V，远低于混合的贵金属催化剂（Pt/C和RuO₂，1.98 V）。作为可充电锌空气电池的空气电极，Pt-NiFe-LDH-0.5-12比裸NiFe-LDH表现出更高的开路电压和更加优异的耐用性。

参考文献：

Junxing Han et al. Triboelectric Nanogenerators Powered Electrodepositing Tri-Functional Electrocatalysts for Water Splitting and Rechargeable Zinc-Air Battery: A Case of Pt Nanoclusters on NiFe-LDH Nanosheets. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104669

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104669