纳米人

同济大学ACS Catal.：晶格应变工程实现Ce掺杂NiFe纳米晶从机理活化到电解槽级别的碱性水分解

云深
2025-12-22


图片.png

全文概要

同济大学金黎明研究团队报道了一种通过一步电沉积法将Ce引入NiFe晶体，制备具有晶格应变的Ce掺杂NiFe/CeO₂纳米晶的策略。该策略通过Ce的掺杂引发显著晶格压缩，将Ni–Ni原子间距从2.12 Å缩短至1.94 Å，并形成丰富的晶界。这种结构变化不仅增加了活性位点密度，更重要的是触发反应机制从传统的吸附质演化机制（AEM）向氧化物路径机制（OPM）转变，从而打破了氧吸附中间体的线性标度关系限制，大幅提升了碱性析氧反应（OER）本征活性。

本文要点

  1. 合成与结构：通过简易一步电沉积法在镍网上制备多孔NiFe-Ce/CeO₂电极。Ce的引入产生钉扎效应，诱导晶格应变，将NiFe主体破碎为纳米晶并缩短Ni-Ni间距，为直接的O–O耦合创造了有利的双金属位点几何构型。

  2. 催化性能：优化后的NiFe-Ce/CeO₂-0.01电极在1 M KOH中OER过电位仅为135 mV @ 10 mA cm⁻²和332 mV @ 500 mA cm⁻²，塔菲尔斜率为34 mV dec⁻¹，并展现出超过1000小时的卓越稳定性。

  3. 机理阐释：结合pH依赖性测试、原位拉曼光谱与DFT计算证实，Ce掺杂引起的晶格应变和电子结构调控促进了O物种的直接偶联，激活了能绕过OOH高能中间体的OPM路径，从而突破了传统AEM的线性标度关系限制。

  4. 电解槽应用：在碱性水电解槽中，以该材料为阳极、NiPt为阴极的系统可在1.71 V电压下实现1000 mA cm⁻²的电流密度，并能稳定运行超过850小时，性能优于未掺杂NiFe及众多已报道的OER催化剂。

https://pubs.acs.org/cms/10.1021/acscatal.5c07386/asset/images/large/cs5c07386_0003.jpeg

文献详情

Feifei Li, Luyu Yang, Qin Li, et al. Breaking Linear Scaling via Lattice-Strained Ce-Doped NiFe Nanocrystals: From Mechanism Activation to Cell-Level Alkaline Water Electrolysis, ACS Catal. (2025) DOI: 10.1021/acscatal.5c07386

全文链接

https://doi.org/10.1021/acscatal.5c07386




版权声明：

本平台根据相关科技期刊文献、教材以及网站编译整理的内容，仅用于对相关科学作品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究，不得作为商业用途。

万言堂

纳米人 见微知著