雙金屬羥基氧化物
——一種應(yīng)用于工業(yè)相關(guān)條件下的高性能水氧化電催化劑

袁佳欣, 程肖帝, 雷超君, 楊彬, 李中堅(jiān), 羅坤, K.H.Koko Lm , 雷樂(lè)成, 侯陽(yáng),b,*,Kosty Kn Ostrikov

a Key Laboratory of Biomass Chemical Engineering of the Ministry of Education, College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310

b Institute of Zhejiang University-Quzhou, Quzhou 324000, China

c S tate Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

dDepartment of Electrical Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China

e S chool of Chemistry, Physics, and Mechanical Engineering, Queensland University of Technology, Brisbane, QLD 4001,Australia

1.引言

在全球能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題的背景下，電催化水分解是一種很有前途的可再生清潔氫能制備技術(shù)，可以將大量的水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣[1-2]。電化學(xué)水分解包括陰極析氫反應(yīng)（HER）和陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）；由于析氧反應(yīng)是一個(gè)四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)[3]，需要較高的過(guò)電位，高過(guò)電位會(huì)導(dǎo)致電解水整體的反應(yīng)速率低下，抑制了電解水制氫的工業(yè)化發(fā)展[4-5]。目前，因貴金屬化合物（如RuO2、IrO2、Ir/C）具有高催化活性和高穩(wěn)定性，仍然被認(rèn)為是最有效的OER 電催化劑[6-7]。然而，貴金屬的高昂成本和短缺儲(chǔ)量限制了它們的廣泛應(yīng)用[8]。因此，研究高催化活性、穩(wěn)定且低成本的OER電催化劑至關(guān)重要，如過(guò)渡金屬[如鐵（Fe）、鈷（Co）和鎳（Ni）]氧化物[9-10]、氮化物[11]、硼化物[12]、碳化物[13]、羥基氧化物[14]、氫氧化物[15]、硫?qū)倩颷16-17]和磷化合物[18-19]。其中，Ni 基OER 電催化劑不僅成本低廉、儲(chǔ)量豐富，并且在堿性介質(zhì)中有良好的OER 穩(wěn)定性[20]。然而，Ni 基OER 電催化劑的導(dǎo)電性差，導(dǎo)致其電催化性能難以滿足工業(yè)化電解水的需求。

近年來(lái)，與單一金屬基催化劑[21]相比，擁有優(yōu)異固有催化活性的二元金屬基催化劑被認(rèn)為是有效的電催化水分解OER 催化劑[22]。在二元金屬基催化劑研究領(lǐng)域引入的各種不同的金屬元素中，金屬Fe 憑借其出色的催化性能、高化學(xué)穩(wěn)定性和低成本成為一種被廣泛研究的非貴金屬基材料[23]。此外，盡管在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用條件下（10.0 mol?L?1KOH、80 ℃、電流密度大于500 mA·cm?2）高效OER 電催化劑的開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但總體電催化效率仍然較低，而且合成方法較為復(fù)雜。

因此，我們?cè)谑覝叵虏捎肍e(NO3)3溶液蝕刻泡沫鎳（NF）置換反應(yīng)制備了一種新型三維（3D）過(guò)渡雙金屬羥基氧化物雜化物，該雜化物由晶態(tài)Ni(OH)2和無(wú)定形FeOOH 組成。由于Fe 和Ni 催化位點(diǎn)的協(xié)同作用，Ni‐FeOOH/NF 電極在堿性溶液中表現(xiàn)出良好的電催化OER活性和穩(wěn)定性，分別在1.51 V和1.55 V下達(dá)到商業(yè)所需的500 mA?cm?2和1000 mA?cm?2的電流密度。重要的是，NiFeOOH/NF 催化OER 所需的過(guò)電勢(shì)與已報(bào)道的大多數(shù)Ni-Fe 基電催化劑以及商業(yè)Ir/C 催化劑相比，幾乎是最低的[24]。通過(guò)原位電化學(xué)拉曼光譜發(fā)現(xiàn)，在電催化OER過(guò)程中，NiFeOOH/NF 產(chǎn)生的FeOOH 和NiOOH 兩種物質(zhì)是該催化劑實(shí)際的催化活性相。此外，我們發(fā)現(xiàn)NiFeOOH/NF 電極在工業(yè)條件的電解槽（80 ℃，10.0 mol?L?1KOH電解液）中具有十分優(yōu)異的OER活性和耐腐蝕性。

2.材料和方法

2.1.催化劑制備

NiFeOOH/NF 的制備需要先將商業(yè)NF 依次浸入1.0 mol?L?1HCl、丙酮、乙醇以及去離子水中，在超聲波機(jī)中分別清洗10 min，然后將三片處理過(guò)的NF 浸入0.2 mol?L?1的Fe(NO3)3溶液中，機(jī)械振蕩3 min，最后在室溫下干燥。所制備的NiFeOOH 催化劑的負(fù)載量約為10 mg?cm?2。

2.2.物理表征

樣品的形貌和微觀結(jié)構(gòu)通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM，Supra 55，Hitachi，日本）和高分辨透射電子顯微鏡（JEM-2100,200 kV，JEOL，日本）進(jìn)行觀察。在拉曼散射光譜系統(tǒng)中（LabRAM HR Evolution，Horiba Jo‐bin Yvon，法國(guó)）測(cè)試樣品的拉曼光譜，然后由二極管激光器（532 nm）在反向散射幾何中激發(fā)。使用Rigaku D/Max 2550/PC（Rigaku Corporation，日本）獲得X 射線衍射圖（XRD），并使用X 射線光電子能譜（XPS,ESCAL‐AB 250Xi,Thermo Fisher Scientific Inc.,USA）進(jìn)行Al Kα輻射。

2.3.電化學(xué)測(cè)試

電化學(xué)測(cè)試在三電極電解槽中進(jìn)行，使用1.0 mol?L?1KOH 作為電解液。NiFeOOH/NF 樣品、碳棒和Ag/AgCl電極分別用作工作電極、對(duì)電極和參比電極。通過(guò)多步電流階躍法、多步電壓階躍法和計(jì)時(shí)安培法測(cè)試，研究了NiFeOOH/NF 電極的電催化OER 性能和穩(wěn)定性。在循環(huán)伏安法（CV）循環(huán)穩(wěn)定后，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。在掃描速率為5 mV?s?1的條件下，用線性掃描伏安法（LSV）獲得OER 催化活性。為了確定雙層電容值（Cdl），在20 mV?s?1、40 mV?s?1、60 mV?s?1、80 mV?s?1和100 mV?s?1的掃描速率下和0.21~0.31 V（相比Ag/AgCl）電壓范圍間進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。在1.0 mol?L?1、25 ℃下測(cè)試電位與可逆氫電極（RHE）的關(guān)系，通過(guò)如下能斯特方程進(jìn)行換算：

ERHE=EAg/AgCl+0.0591 pH+0.098 V

3.結(jié)果與討論

采用簡(jiǎn)單的浸漬和機(jī)械振蕩過(guò)程來(lái)合成3D Ni‐FeOOH/NF雜化物電極。將3D NF樣品浸漬到Fe(NO3)3溶液中，然后機(jī)械振蕩3 min。在該過(guò)程中NF和Fe3+會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，制備得到NiFeOOH/NF電極，該電極由結(jié)晶Ni(OH)2和無(wú)定形FeOOH組成[25]。我們系統(tǒng)地研究了不同F(xiàn)e(NO3)3溶液濃度對(duì)催化性能的影響，0.2 mol?L?1為最佳濃度，可以得到具有最佳電催化OER 活性的電極（見(jiàn)附錄A 中的圖S1）。NiFeOOH/NF 電極的FESEM 圖像顯示，NiFeOOH 均勻生長(zhǎng)在3D NF 基底上[圖1（a）和（b）]。此外，從圖1（c）和附錄A 中的圖S2 可以看出，F(xiàn)e、Ni 和O 三種元素均勻分布在NiFeOOH/NF 電極的各個(gè)區(qū)域。在高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像中，NiFeOOH/NF的晶格間距分別為0.460 nm和0.270 nm，歸屬于Ni(OH)2的(001)晶面和(100)晶面[見(jiàn)圖1（d）和附錄A 中的圖S3]。相應(yīng)的選區(qū)電子衍射（SAED）模式表明，NiFeOOH/NF 電極中的Ni(OH)2具有結(jié)晶態(tài)[圖1（e）]。NiFeOOH/NF 的XRD 圖證明結(jié)晶態(tài)Ni(OH)2[粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDS）14-0117]和Ni 基底（JCPDS 70-0989）同時(shí)存在[圖1（f）][26]。由于FeOOH無(wú)定形的結(jié)構(gòu)特征以及其在NF表面的高分散性，沒(méi)有觀察到FeOOH物質(zhì)的特征衍射峰[27]。綜上所述，NiFeOOH/NF 電極由晶態(tài)的Ni(OH)2和無(wú)定形的FeOOH組成（見(jiàn)下文）。

鑒于以上表征結(jié)果，可以得出結(jié)論：NiFeOOH/NF電極由具有中等結(jié)晶度的Ni(OH)2和無(wú)定形FeOOH組成。進(jìn)一步通過(guò)XPS 光譜分析證實(shí)了O、Fe 和Ni 元素的存在（見(jiàn)附錄A 中的圖S4）。NiFeOOH/NF 電極的高分辨Fe 2p XPS光譜在711.8 eV和724.6 eV處存在兩個(gè)峰，分別歸屬于Fe 2p3/2和Fe 2p1/2，同時(shí)在717.1 eV 和732.2 eV 存在兩個(gè)衛(wèi)星峰[圖1（g）][14,28,30]。Ni 2p3/2和Ni 2p1/2峰的中心位置約為855.9 eV 和873.5 eV，它們歸屬于Ni2+[圖1（h）][31,34]。NiFeOOH/NF 電極的高分辨O 1s XPS 譜有三個(gè)峰，分別位于529.4 eV、531.4 eV 和532.8 eV，對(duì)應(yīng)于FeOOH 結(jié)構(gòu)中的Fe—O 鍵和Fe—OH 鍵，以及H2O 結(jié)構(gòu)中的H—O—H鍵[圖1（i）][24,35]。

在1.0 mol?L?1KOH 溶液中，采用三電極體系測(cè)試了NiFeOOH/NF的電催化OER活性。為了系統(tǒng)地進(jìn)行比較，我們還研究了浸漬在Fe(NO3)3溶液中的商業(yè)碳紙[Fe(NO3)3/CP]、單純的NF 和商業(yè)貴金屬I(mǎi)r/C/NF [圖2（a）]。與這些對(duì)照樣品相比，NiFeOOH/NF 電極樣品表現(xiàn)出了最高的電催化OER 活性，在電勢(shì)為1.46 V、1.51 V和1.55 V 時(shí)，電流密度可達(dá)到100 mA·cm?2、500 mA·cm?2和1000 mA·cm?2。另外，NiFeOOH/NF電極可以在1.57 V的低電壓下達(dá)到1400 mA·cm?2的超高電流密度。在堿性電解液中，NiFeOOH/NF 電極優(yōu)異的催化性能滿足了OER電催化劑的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在500 mA·cm?2電流密度下，Ni‐FeOOH/NF 所需電壓僅為1.51 V，遠(yuǎn)小于Fe(NO3)3/CP 所需電壓（1.71 V）[圖2（b）]。同時(shí)在500 mA·cm?2電流密度下，NiFeOOH/NF電極所需的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大多數(shù)已經(jīng)報(bào)道的Ni-Fe 基電催化劑，以及商用貴金屬I(mǎi)r/C/NF（1.59 V）。

根據(jù)Tafel 斜率進(jìn)一步評(píng)估NiFeOOH/NF 電極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活性。在圖2（c）和附錄A 中的圖S5 中，Ni‐FeOOH/NF 的Tafel 斜率為58.4 mV·dec?1，明顯低于Ir/C/NF 的60.9 mV·dec?1和Fe(NO3)3/CP 的96.3 mV·dec?1，表明NiFeOOH/NF 電極在OER 過(guò)程中有較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活性和較高的催化本征活性。值得注意的是，在100 mA?cm?2電流密度下，NiFeOOH/NF電極對(duì)應(yīng)的Tafel斜率和所需電壓幾乎是最小的。并且與已報(bào)道的Ni-Fe基電催化劑相比，NiFeOOH/NF 電極的Tafel 斜率仍然較低[見(jiàn)圖2（d）和附錄A中的表S1]。這些結(jié)果進(jìn)一步證明了NiFeOOH/NF 電極具有優(yōu)異的OER 催化性能和較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)活性。圖2（e）為在堿性條件下NiFeOOH/NF電極的多步計(jì)時(shí)電勢(shì)曲線，當(dāng)電流密度從200 mA?cm?2變化到1200 mA?cm?2時(shí)，電壓在間隔的200 s 內(nèi)保持不變，證實(shí)了NiFeOOH/NF電極優(yōu)異的穩(wěn)定性和良好的傳質(zhì)效率

圖1.（a、b）NiFeOOH/NF的FESEM圖像；（c）NiFeOOH/NF中Ni、O和Fe元素的相應(yīng)元素映射圖像；（d）NiFeOOH/NF的HRTEM圖像；（e）Ni‐FeOOH/NF的SAED圖；（f）NiFeOOH/NF的XRD圖。NiFeOOH/NF的Fe 2p（g）、Ni 2p（h）和O 1s（i）的XPS光譜。Sat：衛(wèi)星峰。

圖2.（a）Fe(NO3)3/CP、NiFeOOH/NF、Ir/C/NF 和NF 的OER LSV 曲 線；（b）NiFeOOH/NF、Ir/C/NF 和Fe(NO3)3/CP 分 別 達(dá) 到100 mA ?cm?2、500 mA?cm?2和1000 mA?cm?2所需的電位；（c）NiFeOOH/NF、Ir/C/NF和Fe(NO3)3/CP OER催化劑的Tafel圖；（d）NiFeOOH/NF和其他Ni基OER電催化劑（LDH：層狀雙氫氧化物；CN-G：氮摻雜的石墨碳）的100 mA?cm?2所需的Tafel斜率和電壓的比較；（e）NiFeOOH/NF的多步電流曲線；（f）NiFeOOH/NF 電極在500 次循環(huán)后的OER 的LSV 曲線和穩(wěn)定性測(cè)試[插圖：NiFeOOH/NF 在1.0 mol?L?1 KOH 中的計(jì)時(shí)電位曲線，電流密度為1000 mA?cm?2（無(wú)iR校正）]。

[36?37]。

電化學(xué)穩(wěn)定性是電催化劑性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在循環(huán)伏安測(cè)試中，NiFeOOH/NF電極經(jīng)過(guò)500圈循環(huán)測(cè)試后的極化曲線與初始極化曲線相比幾乎沒(méi)有變化[圖2（f）]，說(shuō)明NiFeOOH/NF電極具有較高的電化學(xué)穩(wěn)定性[38]。此外，連續(xù)10 h的計(jì)時(shí)電勢(shì)測(cè)試進(jìn)一步證明了NiFeOOH/NF電極的長(zhǎng)期電催化穩(wěn)定性。在2.0 V、1000 mA?cm?2條件下經(jīng)過(guò)10 h的計(jì)時(shí)安培測(cè)試后，NiFeOOH/NF電極依然表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性[見(jiàn)圖2（f）和附錄A中的圖S6]。

為了系統(tǒng)地研究制樣條件對(duì)OER 性能的影響，在合成過(guò)程中對(duì)樣品進(jìn)行不同時(shí)間的機(jī)械震蕩。對(duì)在不同時(shí)間下通過(guò)機(jī)械震蕩制備的NiFeOOH/NF 電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，分析制樣時(shí)間對(duì)催化劑性能的影響。與機(jī)械震蕩時(shí)間為0.5 min、1.0 min、5.0 min 的對(duì)比樣相比，NiFeOOH/NF（3 min）的電流密度更大，起始電勢(shì)更?。ㄒ?jiàn)附錄A中的圖S7）。同樣，與其他NiFeOOH/NF震蕩時(shí)間的對(duì)照樣相比，NiFeOOH/NF（3 min）的電化學(xué)雙層電容（Cdl）值最大，為14.61 mF·cm?2。這些結(jié)果表明，在所有研究的樣品中，NiFeOOH/NF電極暴露的活性面積最大[見(jiàn)圖3（a）和附錄A中的圖S8][39]。電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試表明，在所有制備的電極中，NiFeOOH/NF的電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，電子轉(zhuǎn)移速率最快[圖3（b）]。在圖3（b）的插圖中，Rs是溶液電阻，恒相元件（CPE1）與雙層電容有關(guān)，Rct是電荷轉(zhuǎn)移電阻。并且，通過(guò)這種簡(jiǎn)單的浸漬和震蕩可以進(jìn)一步合成Co(NO3)2/NF、Cu(NO3)2/NF、Mg(NO3)2/NF、Ni(NO3)2/NF 和Zn(NO3)2/NF 復(fù)合物電極。為了進(jìn)一步確定不同金屬之間的協(xié)同作用對(duì)OER 效率的影響，對(duì)這些不同雙金屬電極進(jìn)行了一系列的電化學(xué)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，NiFeOOH/NF 電極的OER 性能最高[見(jiàn)圖3（c）和附錄A 中的圖S9]。以上結(jié)果說(shuō)明由于Ni和Fe催化位點(diǎn)具有協(xié)同作用，F(xiàn)e物種的引入對(duì)提高OER性能至關(guān)重要。

為了分析在OER 過(guò)程中NiFeOOH/NF 電極的組成結(jié)構(gòu)變化，對(duì)其進(jìn)行了原位電化學(xué)拉曼光譜測(cè)試[圖3（d）]。施加1.1 V 電壓后，在拉曼光譜的422 cm?1、520 cm?1和714 cm?1處出現(xiàn)了三個(gè)主要的FeOOH 譜峰，這說(shuō)明初始OER過(guò)程的活性位點(diǎn)為無(wú)定形的FeOOH[2]。隨著施加電壓的增加，F(xiàn)eOOH 物種對(duì)應(yīng)的峰值逐漸減弱。當(dāng)電壓升高到1.5 V 時(shí)，在450 cm?1和500 cm?1處逐漸出現(xiàn)歸屬于Ni(OH)2的峰[25]。隨著電壓的進(jìn)一步升高，在479 cm?1和560 cm?1處出現(xiàn)了兩個(gè)主峰，這些峰歸因于NiOOH物種，這表明在大于1.7 V 電壓時(shí)，Ni(OH)2結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)化為NiOOH 化合物。另外，通過(guò)比較FeOOH 和NiOOH 在OER 穩(wěn)定性測(cè)試前后的拉曼光譜，發(fā)現(xiàn)其與原位拉曼測(cè)試結(jié)果一致[圖3（e）]。因此，在OER 過(guò)程中，Ni‐FeOOH/NF上產(chǎn)生的無(wú)定形FeOOH和NiOOH相是實(shí)際的催化活性相，能夠促進(jìn)OER的高效電催化反應(yīng)[40]。

為了進(jìn)一步分析OER 過(guò)程中NiFeOOH/NF 電極的價(jià)態(tài)變化情況，對(duì)OER 穩(wěn)定性測(cè)試前后NiFeOOH/NF 電極的XPS 光譜進(jìn)行了研究。與OER 穩(wěn)定性測(cè)試前的XPS 光譜相比[圖3（f）]，OER穩(wěn)定性測(cè)試后的NiFeOOH/NF電極的高分辨Ni 2p光譜顯示出三個(gè)位于851.9 eV、855.2 eV和872.8 eV 的峰，分別歸屬為Ni0，Ni2+2p3/2和Ni2+2p1/2[41]。同時(shí)位于856.5 eV 和874.7 eV 的兩個(gè)衛(wèi)星峰分別對(duì)應(yīng)于Ni3+2p3/2和Ni3+2p1/2[31]，這證明OER過(guò)程中Ni氧化態(tài)發(fā)生了由Ni2+向Ni3+的轉(zhuǎn)變，同時(shí)表明NiOOH 是Ni‐FeOOH/NF電極催化OER過(guò)程的活性中心。

除了證實(shí)NiFeOOH/NF 電極在1.0 mol?L?1KOH 中具有高催化活性和良好的穩(wěn)定性外，還需要進(jìn)一步在10.0 mol?L?1KOH 和80 ℃的 工 業(yè) 環(huán) 境 中 進(jìn) 行OER 測(cè)試。如圖4（a）所示，在1.47 V、1.51 V 和1.53 V 下，NiFeOOH/NF 電 極 的 電 流 密 度 分 別 為100 mA?cm?2、500 mA?cm?2和1000 mA?cm?2。此外，NiFeOOH/NF電極可以在1.58 V 的低電壓下提供高達(dá)3000 mA?cm?2的電流密度。同時(shí)，經(jīng)過(guò)在500 mA?cm?2電流密度下超過(guò)10 h的計(jì)時(shí)安培測(cè)試后，NiFeOOH/NF 在80 ℃，10.0 mol?L?1KOH 中以1.61 V 的低電壓下保持了良好的穩(wěn)定性[圖4（b）]，表明NiFeOOH/NF 電極可以滿足工業(yè)條件下高催化性活性、良好穩(wěn)定性的OER 電催化的標(biāo)準(zhǔn)。圖4（c）中，在10.0 mol?L?1KOH 和80 ℃條件下進(jìn)行LSV 測(cè)試，NiFeOOH/NF在達(dá)到500 mA?cm?2和1000 mA?cm?2電流密度時(shí)所需的電壓分別為1.51 V 和1.53 V，而Fe(NO3)3/CP分別為1.65 V 和1.70 V，NF 分別為1.73V 和1.80 V[27]。此外，這種簡(jiǎn)單的方法可以進(jìn)一步應(yīng)用于商業(yè)不銹鋼[圖4（d）、（e）][42]。與SUS 304 相比，F(xiàn)e(NO3)3/SUS 304 具有更強(qiáng)的電催化活性，這是由于在Fe(NO3)3溶液中，不銹鋼中少量Ni 與Fe3+發(fā)生了置換反應(yīng)，表明在堿性電解液中，將SUS 304浸漬在Fe(NO3)3溶液中也可以提高OER電催化活性和穩(wěn)定性。

圖3.（a、b）NiFeOOH/NF 在不同震蕩時(shí)間下的電化學(xué)活性表面積（ECSA）和Nyquist 圖；（c）Co(NO3)2/NF、Cu(NO3)2/NF、NiFeOOH/NF、Mg(NO3)2/NF、Ni(NO3)2/NF、Zn(NO3)2/NF和NF的極化曲線；（d）NiFeOOH/NF在不同外加電位下的原位拉曼光譜；（e）OER測(cè)試前后NiFeOOH/NF的拉曼光譜；（f）OER測(cè)試前后NiFeOOH/NF的高分辨率Ni 2p XPS光譜。

4.結(jié)論

綜上所述，通過(guò)簡(jiǎn)單的浸漬化學(xué)法制備了一種新型的在NF上原位生長(zhǎng)的由晶態(tài)Ni(OH)2和無(wú)定形FeOOH組成的三維NiFeOOH/NF 雜化物電極。在堿性溶液中，NiFeOOH/NF 在1.51 V 和1.55 V 的低電壓下能分別達(dá)到500 mA·cm?2和1000 mA·cm?2高電流密度。NiFeOOH/NF的催化性能優(yōu)于被報(bào)道的大多數(shù)Ni-Fe 基OER 電催化劑，也優(yōu)于商業(yè)Ir/C催化劑。其中，NiFeOOH/NF優(yōu)異的OER性能歸因于Fe和Ni物種的協(xié)同作用。在整個(gè)OER反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)電化學(xué)拉曼原位光譜分析，表明FeOOH 和NiOOH 作為催化活性相存在于NiFeOOH/NF 電極中。此外，NiFeOOH/NF復(fù)合電極在高濃度電解液條件下也能表現(xiàn)出優(yōu)異的OER 電催化性能。本文所合成的NiFeOOH/NF 電極為雙金屬羥基氧化物應(yīng)用于清潔制氫能，以及CO2還原和O2還原反應(yīng)等電化學(xué)探索開(kāi)辟了一條可行的途徑。

圖4.（a）在80 ℃條件下，NiFeOOH/NF、Fe(NO3)3/CP和NF在10.0 mol?L?1 KOH中的OER LSV曲線。（b）NiFeOOH/NF在500 mA?cm?2時(shí)的計(jì)時(shí)電位曲線（無(wú)iR校正）。插圖：NiFeOOH/NF電極上O2逸出的圖像。（c）在500 mA?cm?2和1000 mA?cm?2條件下，NiFeOOH/NF、Fe(NO3)3/CP和NF在10.0 mol?L?1 KOH 中在80 ℃下所需電位的比較。（d）Fe(NO3)3/SUS 304 和SUS 304 在10.0 mol?L?1 KOH 中在80 ℃下的OER LSV 曲線。（e）SUS 304和Fe(NO3)3/SUS 304在10.0 mol?L?1 KOH中，在500 mA?cm?2（無(wú)iR校正）和80 ℃下的計(jì)時(shí)電位曲線。

致謝

感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（21922811、21878270 和21961160742）、浙江省自然科學(xué)基金（LR19B060002）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金（2020XZZX002-09）、浙江省領(lǐng)軍創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)計(jì)劃（2019R01006）、浙江大學(xué)百人計(jì)劃基金的資助。Kostya Ken Ostrikov感謝澳大利亞研究委員會(huì)的部分資助。

Compliance with ethics guidelines

Jiaxin Yuan, Xiaodi Cheng, Chaojun Lei, Bin Yang,Zhongjian Li, Kun Luo, K.H.Koko Lam, Lecheng Lei,Yang Hou, and Kostya Ken Ostrikov declare that they have no conflict of interest or financial conflicts to dis‐close.

Appendix A.Supplementary data

Supplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.01.018.