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，菠菜导航网228118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。通讯作者为菠菜导航网228118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
