J. Energy Chem.｜ La掺杂NiFe-LDH耦合MXene用于高效全解水

研究摘要

发展在碱性电解液中具有高产氢、产氧反应活性的高稳定性与活性的催化剂是可持续能源转换技术的关键，即电化学水分解。鉴于此，大连理工大学Jiqi Zheng教授研究团队在《Journal of Energy Chemistry》期刊上发表最新研究成果，提出了一种在碱性电解液中调控水分解电催化剂的新策略，通过La掺杂NiFe-LDH与3D垂直排列的MXene纳米片之间的协同耦合，在大孔泡沫镍基底上实现复合催化剂的制备，NiFeLa-LDH/v-MXene/NF。所制备的催化剂在多元金属中心之间的强电子相互作用、具有更多活性表面积的独特的垂直排列多孔MXene，二者的协同能够加速反应动力学并提升水的吸附与溶解能力。在符合商业化需求的电流密度下（500 mA cm^-2），NiFeLa-LDH/v-MXene/NF表现出降低的过电位，对于HER与OER分别位233与255 mV，同时，稳定性也非常优异。与Pt/C-RuO2相比，在500 mA cm^-2的电流密度下，所组装的碱性催化剂NiFeLa-LDH/v-MXene/NF表现出1.71 V更低的工作电压。

图文导读

图1. NiFeLa-LDH/v-MXene/NF合成路线示意图与SEM图像。

图2. NiFeLa-LDH/v-MXene/NF的XRD与XPS光谱。

图3. NiFeLa-LDH/v-MXene/NF与对比样品的电催化性能。

图4. NiFeLa-LDH/v-MXene/NF的Nyquist图像、电容比较、接触角测试水吸附过程中的质量变化与FTIR光谱。

图5. NiFeLa-LDH/v-MXene/NF的电催化性能分析与比较。

总结

      本文所制备的自支撑电极具有分层的3D结构，得益于结构与成分之间的协同效应，电荷的传输的增强与电化学活性位点的增加伴随着水的吸附与分解性质的强化，从而实现HER与OER反应迟缓动力学的改善，产生较低的过电位与塔菲尔斜率。高催化活性的NiFeLa-LDH/v-MXene/NF是一种杰出的水分解电催化剂，在10 mA cm^-2的电流面密度下仅需要1.48 V能够稳定工作400小时。该工作为发展高活性的双功能催化剂的发展提供了新颖的思路。

文献链接

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.02.044

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