超薄雙金屬氫氧化物納米片的干法剝離用作氧析出反應(yīng)電催化劑

莊 林

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超薄雙金屬氫氧化物納米片的干法剝離用作氧析出反應(yīng)電催化劑

莊 林

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

體相層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，簡(jiǎn)稱LDHs)由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、大的比表面積以及其特殊的電子結(jié)構(gòu)顯示出良好的電催化性能，其用于氧析出反應(yīng)(oxygen evolution reaction，簡(jiǎn)稱OER)已有了廣泛的研究1。但是，大的顆粒尺寸和顆粒的厚度限制了電催化活性位點(diǎn)的暴露從而抑制了其OER的電催化活性。研究表明，相比體相LDHs，單層的二維超薄LDHs納米片具有更高的比表面，易于暴露更多的電催化活性位點(diǎn)，有利于提高OER的電催化活性2。目前，二維超薄的LDHs納米片的合成，主要通過(guò)液相剝離法剝離，例如表面活性劑分子插層輔助剝離法、表面活性劑剝離法等3。然而，液相剝離法由于其工藝復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)、成本高并且表面溶液吸附溶劑分子，從而限制了其大規(guī)模生產(chǎn)。另外，在二維超薄的LDHs納米片的基面內(nèi)引入缺陷是提高OER電催化活性的另外一種方法4。因而，尋找一種工藝簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，成本低的LDHs剝離方法，同時(shí)又能夠在二維基面引入缺陷的方法，仍然是一大挑戰(zhàn)。目前為止，此類方法尚未見(jiàn)報(bào)到。

最近湖南大學(xué)王雙印教授課題組，利用等離子體技術(shù)干法剝離體相鈷鐵雙金屬氫氧化物納米片(CoFe LDHs)，得到富含缺陷的二維超薄納米片，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在雜志上5。該課題組首次利用Ar等離子體一步干法剝離體相層狀雙金屬氫氧化物形成二維超薄納米片，同時(shí)在二維超薄納米片基面內(nèi)引入缺陷。此種剝離的方法耗時(shí)短、成本低、避免了液相剝離時(shí)溶劑分子的吸附而且易于大規(guī)模生產(chǎn)。剝離所得的二維超薄納米片，有更高比表面積，有利于更多的電催化活性位點(diǎn)的暴露，從而提OER的電催化活性。另外，剝離所得的二維超薄納米片被證實(shí)有大量缺陷的形成，富含氧空位，鈷空位和鐵空位。這些多空位位點(diǎn)的形成有利于調(diào)控材料表面的電子結(jié)構(gòu)，降低鈷原子和鐵原子周圍的配位數(shù)，增加原子周圍的混亂度，更加利于氧析出反應(yīng)中間體的吸附，具有更高的電催化OER活性，從而提高OER的電催化性能。

這一項(xiàng)成果不僅提供了一種剝離體相LDHs的新方法。而且更重要的是，剝離的同時(shí)在其表面可以引入多種空位，從而進(jìn)一步改善材料的特性。勢(shì)必對(duì)以后層狀材料的剝離以及表面改性領(lǐng)域帶來(lái)全新的啟示。

(1) Long, X.; Wang, Z.; Xiao, S.; An, Y.; Yang, S.2016,(4), 213. doi: 10.1016/j.mattod.2015.10.006

(2) Song, F.; Hu, X.. 2014,, 4477. doi: 10.1038/ncomms5477

(3) Nhlapo, N.; Motumi, T.; Landman, E.; Verryn, S. M.; Focke, W. W.. 2008,(3), 1033. doi: 10.1007/s10853-007-2251-0

(4) Liu, Y.; Cheng, H.; Lyu, M.; Fan, S.; Liu, Q.; Zhang, W.; Zhi, Y.; Wang, C.; Xiao, C.; Wei, S.. 2014,(44), 15670. doi: 10.1021/ja5085157

(5) Wang, Y.; Zhang, Y.; Liu, Z.; Xie, C.; Feng, S.; Liu, D.; Shao, M.; Wang, S.. 2017, doi: 10.1002/anie.201701477

Ultrathin Layered Double Hydroxide Nanosheets with Multi-Vacancies Obtained by Plasma Technology as Oxygen Evolving Electrocatalysts

ZHUANG Lin

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10.3866/PKU.WHXB201705122