高价过渡金属为析氧反应(OER)提供了高活性的电催化位点,但其形成能高,静息状态下热力学不稳定。在此,我们报告了通过重构和电子结构调制生成具有高氧化和稳定的四价Ni的NiFeOOH。所得的NiFeOOH电催化剂在10 mA cm-2和100 mA cm-2下分别具有166和213 mV的超低过电位,在1000 mA cm-2的超高电流密度下具有很高的稳定性(> 100 h)。在NiFeOOH中形成稳定的四价Ni,使Ni- O键缩短,提高了晶格氧的反应活性,从而转移了反应路径,降低了OER的反应能垒。这项工作为合理设计高价金属和活化晶格氧的电催化剂在大电流密度下稳定水氧化铺平了道路。
我们通过CV,原位拉曼和原位EIS表明在重构过程中,随着B和Mo物种的浸出,Ni和Fe迁移形成Ni-O-Fe基序,由于Fe3+的强路易斯酸性,诱导了Ni周围电子向Fe的转移,从而形成并稳定四价Ni。随后,通过pH依赖性测试,TMA+探针,18O同位素标记结合DEMS验证晶格氧参与氧化,最终通过DFT计算验证其更倾向于晶格氧机制的发生,且决速步发生转移,能垒降低。
该部分工作以Stable Tetravalent Ni Species Generated by Reconstruction of FeB-wrapped NiMoO Pre-catalysts Enable Efficient Water Oxidation at Large Current Densities为题发表在Applied Catalysis B: Environmental 期刊上(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123297),文章第一作者为2022级博士研究生张议洁,通讯作者为李晋平教授,赵川教授和刘光教授。