汪乐余Sci. Bull.：三维Ni-Co-Se纳米网状阵列结构作为高效的OER催化剂

【引言】

电解水技术产出清洁、可再生的氢能，有利于改善能源结构，缓解环境污染。电解水的阳极半反应——析氧反应（OER）的反应动力学过程缓慢，能耗大、效率低，成为了电解水技术发展的瓶颈。RuO₂、IrO₂等贵金属氧化物对OER具有高的电催化活性，但其价格昂贵，储量有限，限制了其规模化实际应用。寻找和开发一种廉价、高效、稳定的析氧催化剂成为了目前该领域研究的热点与难点。过渡金属硒化物具有成本低、丰富的价态、独特的电子结构以及低电阻等特性，在催化电解水领域有极大的潜力，有望替代贵金属。近日，有学者研究了一种在泡沫镍（NF）表面原位生长NiCoSe₂纳米刷阵列的高效析氧催化剂，具有高比表面积、丰富活性位点、良好导电性以及高稳定性，对降低OER催化能耗、推动新能源发展，有着重要的科学意义。

【成果简介】

近日，北京化工大学汪乐余(通讯作者)团队在Sci. Bull.上发布了一篇关于析氧催化剂的文章，题为“3D nickel-cobalt diselenide nanonetwork for highly efficient oxygen evolution”。

作者采用水热合成法，通过调控氟化铵的用量，分别得到具有纳米棒、纳米刷和纳米片形貌的NiCo-LDH阵列结构。随后将NiCo-LDH阵列作为前驱体，利用管式炉热处理保形硒化的策略，制备了相应三维结构的NiCoSe₂阵列纳米网。

研究结果表明，NiCoSe₂纳米刷阵列相比于纳米棒和纳米片有着最大的电化学活性面积，在碱性环境条件下OER性能测试中也表现出最好的活性。

【图片导读】

图1 样品的TEM图像

(a-b) NiCoSe₂ 纳米片TEM图像和相应的HRTEM图像；

(c-d) NiCoSe₂纳米棒从NiCoSe₂纳米刷/ NF网络中分离;

(e) EDX元素映射图像。

图2 不同氟化铵用量制备的NiCo-LDH/NF样品的SEM图

(a) 0 mmol；

(b) 6 mmol;

(c) 12 mmol；

(d-f) 经过硒化热处理后相应的NiCoSe₂/NF的SEM图。

图3 样品的电化学测量

(a) 在1M KOH溶液中扫速为1mV/s下① NiCoSe₂ 纳米刷/NF, ② NiCoSe₂ 纳米棒/NF ③ NiCoSe₂ 纳米片/NF, ④ RuO₂/NF, ⑤ NiCo-LDH/NF and ⑥ NF 的极化曲线；

(b) 极化曲线对应的塔菲尔斜率;

(c) NiCoSe₂ 纳米刷在1.53 V电位下的计时电流曲线;

(d) NiCoSe₂ 纳米刷在5000CV循环前后的极化曲线。

【小结】

这篇文章介绍了通过水热合成与硒化热处理相结合的方法，制备具有纳米棒、纳米刷和纳米片形貌的NiCoSe₂阵列结构。研究结果显示，三维结构的NiCoSe₂阵列纳米网是性能优异的OER催化剂，其多级纳米刷结构比表面积高，充分暴露丰富的催化活性位点，传质速率快，产物O₂逸出迅速。本工作从过渡金属催化剂的结构设计和微结构调控入手，利用构-效关系全面提升OER性能，为非贵金属催化剂的设计和制备提供了一个新材料和新思路。

文献链接： 3D nickel-cobalt diselenide nanonetwork for highly efficient oxygen evolution  (Sci. Bull., 2017, 62(20): 1373-1379，DOI:10.1016/j.scib.2017.09.012)

本文由Science Bulletin编辑部供稿，材料牛编辑整理。

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