复旦大学杨东教授、董安钢研究员Aggregate：促进水氧化反应的纳米超晶格微球

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文章简介

氢能源被认为是传统化石燃料能源的替代载体，从清洁和可持续发展的角度来看，通过在阴极和阳极上分别发生产氢反应和产氧反应来生成高纯度氢气和氧气的水裂解技术是一种有效和环保的工艺。铱二氧化物（IrO₂）和钌二氧化物（RuO₂）被认为是至今最先进的电催化剂，但它们的大规模使用受到贵金属稀缺性和高成本的严重限制。近年来，过渡金属氧化物因其廉价、来源丰富和独特的电子结构而成为碱性溶液中最具吸引力的电催化剂之一。特别是铁酸镍（NiFe₂O₄）由于Ni²⁺和Fe³⁺的不同价态之间的电子跃迁，为氧的吸附和活化提供了必要的表面氧化还原活性中心，可以表现出优异的电催化活性。另一方面，纳米自组装超晶格颗粒可以表现出不同于孤立分子独特的集成和/或协同性质，例如多孔超微粒子具有高扩散效率、大比表面积和多暴露活性位点而被认为是非常有前途的电催化候选材料。

图1 S-NFO@C-NSMs和M-NFO@C-NSMs的合成示意图

复旦大学杨东教授与董安钢研究员团队在Aggregate第二卷第二期中发表题为“Multi-chambered, carbon-coated Ni_0.4Fe_2.6O₄ nanoparticle superlattice microspheres for boosting water oxidation reaction”的研究论文（Aggregate. 2021;2:e17.）。本文中，作者采用模板滴铸法制备了多层碳包覆Ni_0.4Fe_2.6O₄纳米超晶格微球(M-NFO@C-NSMs)。将固连在纳米粒子表面的天然有机配体原位碳化，通过煅烧获得均匀的碳涂层。具有大孔/中孔/微孔的独特分层多室结构不仅可以提供大量可用的外部活性位点，还可以促进电解质的扩散和氧气释放。由紧密堆积的碳壳形成的三维连续导电框架促进了封装的纳米颗粒的电化学活性和稳定性。通过精细地调整结构和组成，这种新的策略有望用于制备更多的层状多孔超微粒子，以用于催化、生物成像、储能和水处理等多方面的实际应用。

图2 a、b：S-NFO@C-NSMs的扫描电镜和透射电镜图像；c、d、e、f：M-NFO@C-NSMs扫描电镜、高分辨扫描电镜和透射电镜图像

本文的第一作者为复旦大学李明重，通讯作者为杨东教授和董安钢研究员。

原文链接
https://doi.org/10.1002/agt2.17

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