AEM：通过Fe-结合拓扑化学脱嵌以提高Co9S8中六配位八面体的d带中心

Nanoyu

2020-12-20

为了提高Co₉S₈的析氧反应（OER）电催化活性，尽管人们已经进行了大量的研究工作，然而其固有活性改善仍然有限。Fe比Co少一个3d电子，电负性较低，与S离子形成多面体时，具有较高的d带中心（d-band center）。

基于此，为了优化Co₉S₈对OER的固有电催化活性，台州学院Wenwu Zhong报道了重新设计了Co₉S₈中的配位多面体，通过Fe-结合的拓扑化学脱嵌方法来调节d带中心。

文章要点

1）研究人员首先用固相合成法制备了Fe掺杂的KCo₂S₂前驱体，然后对K层进行脱嵌，得到了Fe掺杂的Co₉S₈。在K的脱嵌过程中，可以有效地减小样品的尺寸。同时，Fe的掺杂量可以在固相合成中定量控制。因此制备了一系列K(CO_1-xFe_x)₂S₂前驱体（x=0，0.05，0.1，0.15和0.2）。然后，仿照先前报道的拓扑化学脱层方法，在水中超声反应成功地制备了(Co_1-xFe_x)₉S₈（x=0，0.05，0.1，0.15，0.2）样品。

2）Fe（3d⁶4s²）的电负性比Co（3d⁷4s²）的电负性略小，说明Fe在与S离子形成八面体时比Co损失更多的电子。因此，Fe的3d轨道相对于费米能级上移，进而导致d带中心的移动。

3）借助这种方法，研究人员成功地实现了通过Fe掺杂量来调节d带中心。此外，Co₉S₈的平均粒径约为4.5nm，表现为超细球形态，因此具有较大的比表面积和足够的活性位点负载。得益于这些特性，最佳的Co₉S₈样品显示出优异的OER活性，在10 mA cm^-2下的过电位为255 mV，Tafel斜率为49 mV dec^-1。

参考文献

Zongpeng Wang, et al, Elevating the d-Band Center of Six-Coordinated Octahedrons in Co₉S₈ through Fe-Incorporated Topochemical Deintercalation, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202003023

https://doi.org/10.1002/aenm.202003023