Chem Mater：掺杂四面体结构的LDH材料合成和电催化性能

纳米技术

2020-05-01

层状双金属氢氧化物材料（layered double hydroxide, LDH）包括了大量的+2/+3价不同金属离子组成，并在电催化领域展现出较高的前景。同时，α型氢氧化物材料，具有可调混合的八面体/四面体结构却少有研究报道。因此，中南大学刘小鹤、江西科技大学邱廷省、日本国立材料研究所马仁志等等报道了合成结构新颖的Co(II)₄Fe(III)₁LDH材料，材料由+2/+3价离子组成，并且LDH中同时具有四面体/八面体结构，并将这种结构的LDH材料用于OER催化反应，并在10 mA cm^-2的电流密度中得到~263 mV的过电势，并且材料的催化TOF活性比正常八面体组成的Co(II)₄Fe(III)₁LDH材料要高一个数量级。通过相关表征和密度泛函理论结果，显示由四面体/八面体结构共同组成的LDH材料更容易在催化反应过程中形成高价中间体状态。

本文要点：

（1）材料合成步骤。CoCl₂、NiCl₂、FeCl₂和尿素、SDS表面活性剂溶解在水中，并在回流温度中反应8 h，其中关键点是在反应进行5 h或1 h时加入NiCl₂或FeCl₂。随后通过I₂/CHCl₃氧化处理剥离材料：将合成的Co(II)₄Fe(II)₁ LDH材料分散到I₂/CHCl₃中，室温中搅拌处理进行剥离。

（2）电化学性能。生成的混合材料（包含四面体/八面体金属中心结构）的电化学表面积（ESCA）是正常LDH材料的4倍，并且TOF值达到0.14 S^-1。计算化学结果显示，合成的混合材料在催化反应过程中更容易进行氧化和脱氢过程生成Fe-氢氧化物，在OER反应中降低了O·自由基吸附能垒，有利的促进了OER反应。

参考文献

Yuanqing He, Xiaohe Liu*, Gen Chen, Jiangling Pan, Ailing Yan, An Li, Xueyi Lu, Daiming Tang, Ning Zhang, Tingsheng Qiu*, Renzhi Ma*, Takayoshi Sasaki

Synthesis of Co(II)-Fe(III) Hydroxide Nanocones with Mixed Octahedral/Tetrahedral Coordination toward Efficient Electrocatalysis，Chem. Mater. 2020

DOI：10.1021/acs.chemmater.0c00512

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c00512