电催化析氧反应(OER)是许多可再生能源技术的重要组成部分。开发性价比高、性能好的电催化剂仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们成功地展示了由垂直固定在二维MXene (Ti₃C₂T_x)表面的Ni₃Fe₁基层状双氢氧化物(Ni3Fe1- LDH)组成的新型界面催化剂。与可逆性氢电极(RHE)相比，Ni₃Fe₁-LDH /Ti3C2Tx在0.28 V时产生了100 mA cm⁻²的阳极OER电流，比原始Ni₃Fe₁-LDH低近74倍。此外，Ni3Fe1-LDH/Ti₃C₂T_x催化剂相对于RHE只需要0.31 V的过电位就可以提供高达1000 mA cm⁻²的工业水平电流密度。Ni₃Fe₁-LDH与Ti₃C₂T_x之间具有协同界面作用。密度泛函理论(DFT)结果进一步揭示，Ti₃C₂T_x载体可以有效地加速Ni₃Fe₁-LDH的电子提取，并调整催化位点的电子结构，从而提高OER性能。
 
图1. (a) Ti₃C₂T_x和Ni₃Fe₁-LDH/Ti₃C₂T_x的XRD图案。(b−d) Ni₃Fe₁-LDH/Ti₃C₂T_x的Ti 2p、Ni 2p3/2和Fe 2p3/2的高分辨率XPS光谱。
 
图2. (a) SEM图，(b、c) TEM图，(d) Ni3Fe1-LDH/Ti3C2Tx元素映射结果。
 
图3. 电化学性能分析。
  图4. 自由能图和相应的中间物质对氧的析出反应的机理分析。
 
图5. Ni₃Fe₁-LDH/Ti₃C₂T_x和Ni₃Fe₁-LDH在O₂饱和0.1 M KOH (a)和1.0 M KPi (b)的LSV曲线。
  
      相关科研成果由美国犹他州立大学化学与生物化学系Yi Rao等人于2023年发表在The Journal of Physical Chemistry Letters（https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107727.）上。原文：Interface Catalysts of Ni₃Fe₁ Layered Double Hydroxide and Titanium Carbide for High-Performance Water Oxidation in Alkaline and Natural Conditions。

转自《石墨烯研究》公众号