本报讯 近日,中国科大俞书宏教授团队和高敏锐教授课题组通过对传统普鲁士蓝(PBA)材料进行氮气等离子体轰击,成功研制了一种富含氰基空位的高效OER催化剂。研究发现,这种氰基空位不仅能够调节PBA材料的局域电子结构和金属配位环境,还能够高效抑制铁活性物种在电循环过程中的流失,自重构形成高活性的NiFeOOH活性层,从而展现优异的OER活性和稳定性。相关研究成果于6月26日发表在《自然·通讯》上。论文的共同第一作者是中国科大博士后余自友、博士生段玉和特任副研究员刘建党。
研究人员以钼酸镍纳米棒为模板,首先制备出多孔的镍铁基PBA材料,随后对其进行氮气等离子体轰击,即可得到富含有氰基空位的PBA催化剂。通过多种表征手段,例如高分辨透射电镜、正电子湮灭技术、元素含量分析、以及尾气吸收检测等,确认这种新型氰基空位的形成。
研究人员进一步发现,不含氰基空位的PBA材料(PBA-0)的铁活性物种会逐渐溶解到电解液中。与之形成鲜明对比的是,PBA-60中的氰基空位会大幅度抑制铁活性物种的流失,从而在OER循环过程中自重构形成高活性的NiFeOOH表面活性层,进而导致优异的OER活性和稳定性。
该研究工作提供了一种新的制备高活性镍铁羟基氧化物的策略,并为发展新的缺陷类型提供了新的借鉴,为今后设计更加高效的氧析出反应催化剂提供了崭新的思路。
(合肥微尺度物质科学国家研究中心 化学与材料科学学院 科研部)