AEM：界面还是掺杂？Ce在NiFe-层状双氢氧化物高效水氧化中的作用

Nanoyu

2021-07-03

过渡金属层状双氢氧化物（LDHs）的表面工程为提高其对析氧反应（OER）的催化活性提供了有效途径。然而，关于原子掺杂或具有异质原子的异质界面的作用机制仍不明确。

近日，香港理工大学Lawrence Yoon Suk Lee，韩国延世大学Byungchan Han报道了制备了两种Ce改性NiFe-LDH催化剂：Ce@NiFe-LDH和三元CeNiFe-LDH，并研究了它们对NiFe-LDH和Ni(OH)₂的OER活性作用。

文章要点

1）研究发现，界面工程和掺杂对电子结构和配位化学具有很大的调节作用，从而提高了其本征催化活性，增强了其在碱性电解液中的氧化性能。值得注意的是，具有丰富界面的Ce@NiFe-LDH具有良好的电荷转移能力和催化活性，在电流密度为10 mA cm⁻²时的过电位为205 mV。高电流密度（高达65 mA cm⁻²）下，可稳定维持48 h。

2）系统的operando Raman表征揭示了OER过程中从预催化态到活化态的结构演变，表明Fe和Ce促进了Ni^3+/4+偶联氧化，进一步降低了后续水氧化的过电位。此外，理论计算证实了掺杂Ce原子或负载杂化化合物在NiFe-LDH中存在不同的电荷重新分布，这导致了OER中间体的最佳吸附自由能，从而提高了催化活性。

这些发现为通过掺入杂原子或纳米颗粒来提高NiFe氧氢氧化物的OER活性的原子尺度机理和表面工程提供了指导。

参考文献

Mengjie Liu, et al, Interfacing or Doping? Role of Ce in Highly Promoted Water Oxidation of NiFe-Layered Double Hydroxide, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101281

https://doi.org/10.1002/aenm.202101281