中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）蔡釗教授玻璃態(tài)氫氧化物電極材料最新研究成果

氫能是一種典型的未來(lái)能源，電解水技術(shù)是規(guī)模化制氫的潛在解決方案。然而陽(yáng)極析氧半反應(yīng)（OER）過(guò)電勢(shì)較高，限制著電解水反應(yīng)的能量效率。現(xiàn)有的Ir/RuO₂貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，不利于大規(guī)模應(yīng)用。開(kāi)發(fā)廉價(jià)高效的析氧電催化劑材料是電解水制氫研究的關(guān)鍵之一。氫氧化物材料，特別是鎳鐵基層狀雙金屬氫氧化物（NiFe LDH），具有高比表面積和金屬比例可調(diào)等獨(dú)特性質(zhì)，是電解水貴金屬催化劑理想替代材料之一，被廣泛用于納米催化領(lǐng)域。然而，NiFe LDH材料電催化活性仍有待提高。現(xiàn)有NiFe LDH材料的改性策略多基于其晶體結(jié)構(gòu)的調(diào)控，基于非晶態(tài)、特別是玻璃態(tài)的結(jié)構(gòu)的氫氧化物材料調(diào)控還鮮有涉及。更重要的是，玻璃態(tài)材料的無(wú)序結(jié)構(gòu)有利于金屬活性位點(diǎn)的充分暴露，從而提升電極材料的電解水性能。

針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）儲(chǔ)能與環(huán)境催化團(tuán)隊(duì)（PI: 周成岡 教授/副院長(zhǎng)）的蔡釗教授通過(guò)低溫共沉淀和異價(jià)元素?fù)诫s手段制備出一種全新的鎳鐵基玻璃態(tài)電催化材料（G-LDH）。通過(guò)HRTEM/XRD/PDF表征證明其短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的無(wú)定形結(jié)構(gòu)。相應(yīng)G-LDH電催化材料展現(xiàn)了較低的OER催化活性，在20 mA cm^-2的電流密度下反應(yīng)的過(guò)電勢(shì)為269 mV，低于晶態(tài)NiFe LDH和RuO₂催化劑材料。原位拉曼和DFT理論計(jì)算進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)G-LDH能在低過(guò)電位下促進(jìn)反應(yīng)關(guān)鍵中間體（O*）的吸附，并轉(zhuǎn)化形成金屬過(guò)氧化物（M-OOH），從而有效降低反應(yīng)過(guò)電勢(shì)。

研究者相信，該工作通過(guò)構(gòu)建短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的玻璃態(tài)氫氧化物材料，有效調(diào)整了材料活性位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和數(shù)量，提升了電解水性能。這為下一代高活性玻璃態(tài)電極材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路。2024年2月20日，相關(guān)工作以《Glassy State Hydroxide Materials for Oxygen Evolution Electrocatalysis》為題發(fā)表在期刊Small上（DOI: 10.1002/smll.202312168）。論文第一作者為博士研究生王靜。研究使用的原位電化學(xué)池及原位拉曼的測(cè)試表征技術(shù)得到合肥原位科技有限公司的支持與幫助。

圖1短程有序、長(zhǎng)程無(wú)序的氫氧化物材料及其析氧電催化性能研究