吉林大学蒋青&郎兴友
Nature Communications：
~1900 mA cm－2下稳定工作超1000h，层状异质多孔电极高效稳定催化OER
近日，吉林大学材料科学与工程学院蒋青教授和郎兴友教授在电催化水分解制氢领域取得了新的进展。研究成果以“Lamella-heterostructured nanoporous bimetallic iron-cobalt alloy/oxyhydroxide and cerium oxynitride electrodes as stable catalysts for oxygen evolution”为题，于2023年3月31日在线发表在《Nature Communications》上。
对于电化学分解水制备氢能，由于阳极OER动力学缓慢，导致电化学水分解的能量效率很低，阻碍了其广泛应用。此外，在大规模工业生产中，又要求在<300 mV的低过电势下，实现>500 mA cm－2的高电流密度。然而，目前大多数催化剂由于本征活性不足、需要使用有机粘结剂等原因，只能在低电流密度下工作数十个小时，远不能满足工业要求。因此发展高效、稳定的非贵金属基OER电催化材料十分重要。
图1.纳米多孔FeCo/CeO2−xNx电极的微观结构及其OER性能。
为了解决这些问题，本工作制备了一种具有独特结构的纳米多孔异质层状催化剂，其结构由层状FeCo和CeO2-xNx交替分布组成。通过扫描电镜、透射电镜、EDS等多种表征手段证明了FeCo和CeO2-xNx两相的组成，以及FeCo/CeO2−xNx界面的存在。
图2.纳米多孔FeCo/CeO2−xNx电极的稳定性。
由于独特的多孔层状结构，提供了丰富的活性位点（FeCo/CeO2−xNx界面）、促进了电子转移和物质传输，并且调节了对中间体的吸附能，这些都使得该电极具有优异的OER催化性能（~186 mV的起始过电势、~33 mV dec－1的Tafel斜率以及~1.3Ω的电荷转移电阻）。在300 mV过电势下，纳米多孔FeCo/CeO2−xNx电极可以实现~1195 mA cm－2的电流密度，达到了工业要求（500 mA cm－2）的2倍。此外，该电极一体化的优势，使其具备足够的机械性能来承受大电流密度下（>3900 mA cm－2）剧烈的O2释放带来的冲击，并使得其稳定性优于大多数催化剂（在~1900 mA cm－2电流密度下稳定工作超1000小时）。
材料学专业博士研究生曾书培、代天一和鼎新学者博士后时航为本文的共同第一作者。通讯作者为吉林大学材料科学与工程学院蒋青教授和郎兴友教授，该工作得到了国家自然科学基金面上项目和重点项目的资助。
论文全文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-37597-4
