ACS Catal：NiOOH催化剂OER失活过程

纳米技术

2020-07-28

过渡金属（羟基）氧化物中含有还原型金属位点，在电致变色设备、可充电金属-空气电池、赝电容器、工业电解槽等领域中起到重要作用，还原型金属位点有较好的可逆充电性能，并有助于这种器件的长期工作，但是这方面的研究一直都被忽略。有鉴于此，电子科技大学崔春华等报道了一种Ni(OH)₂基用于碱性环境长期工作OER可逆的还原型催化剂，并通过原位UVVIS、Raman光谱等方法追踪长时间催化过程中Ni(OH)₂的还原态变化（在β-/α-Ni(OH)₂和β-/γ-NiOOH之间转化的过程），结果显示在1 M KOH电解液和200 mA cm^-2的条件中反应，催化位点上的Ni位点逐渐消失，同时转化为不可逆和无活性。结果发现，在0.1 V RHE的还原电压中，层状Ni(OH)₂中氧化态的Ni位点会由于结构无定形化/无序化发生完全还原，同时作者发现失活、无法还原的Ni位点难以重新进行氢化、氢氧化，并阻碍了OER反应。以上结果为OER反应催化剂的失活过程提供相关信息，并且为通过稳定还原型金属位点出发，设计更高寿命的二维层状过渡金属氢氧化物材料提供经验。

本文要点：

（1）

通过电沉积方法和硝酸盐电还原在FTO基底上生长层状Ni(OH)₂，控制电还原硝酸盐的电量（5~100 mC cm^-2）调节负载Ni(OH)₂的量。

  （2）

在200 mA cm^-2电流密度中进行OER反应，Ni位点携带大量电荷，并阻碍了吸附OH^-过程。在较大的电流密度中产生结构缺陷位点，并导致无定形化、无序化现象和团簇现象。无定形化产生的NiO_xH_y具有较高的氧化态，同时对OH^-的亲和性较弱，这种无定形化作用抑制了电荷转移和Ni位点上的充放电。通过对以上催化剂失活现象的理解，设计具备长期工作能力的催化剂需要考虑金属位点的还原可逆性。

参考文献

Andraz Mavric, Mattia Fanetti, Yiting Lin, Matjaz Valant, and Chunhua Cui*

Spectroelectrochemical Tracking of Nickel Hydroxide Reveals its Irreversible Redox States upon Operation at High Current Density, ACS Catal. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c01813

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01813