华中科技大学王得丽Angew.：NiFe-LDH中腐蚀驱动Ni3S4梯度实现规模水电解

研究内容

设计低成本但高效的析氧反应（OER）电催化剂对于实现可持续的绿色氢气生产至关重要。然而，合成的复杂性、缓慢的动力学和较差的耐久性阻碍了工业应用。

华中科技大学王得丽提出了一种腐蚀驱动的梯度工程方法，用于在环境条件下在铁泡沫（IF）上快速、无能量地合成Ni3S4/NiFe-LDH异质结构。该催化剂表现出优异的OER性能，在1 M KOH中实现297 mV的低过电位，在500 mA cm-2的模拟海水中实现326 mV的低超电位。在纯水阴离子交换膜水电解槽中，催化剂表现出工业级性能，在1.85 V下维持1 A cm−2，在连续运行1000小时后具有显著的稳定性。相关工作以“Corrosion-Driven Ni3S4 Gradient in NiFe-LDH Enables Durable Industrial-Scale Water Electrolysis”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

研究要点

要点1. 作者提出了一种腐蚀诱导梯度策略，通过在“Na2S2O3-NiCl2”溶液中的一步室温反应，其中铁泡沫（IF）既是基质又是铁源。IF的受控腐蚀，加上Ni-S的沉积，促进富含Ni3S4的外层和以NiFe-LDH为主的内层的形成。这种独特的结构暴露出更多的活性位点，并起到电子传输高速公路的作用。

要点2. 该催化剂表现出优异的OER性能，在1 M KOH中实现297 mV的低过电位，在500 mA cm-2的模拟海水中实现326 mV的低超电位。在纯水阴离子交换膜水电解槽中，催化剂表现出工业级性能，在1.85 V下维持1 A cm−2，在连续运行1000小时后具有显著的稳定性。

要点3. 操作光谱研究揭示，SO42-以梯度结构从Ni3S4表面浸出，可提供双重保护，防止金属溶解和氯化物腐蚀。此外，FeOOH的原位形成通过强Fe协同稳定了NiOOH中催化关键的Ni3+─O─镍界面结合，有助于卓越的耐用性。

这项工作为腐蚀介导的催化剂设计提供了基本的见解，为开发工业级电催化剂提供了可扩展的途径。

研究图文

图1. Ni3S4/NiFe-LDH的合成、结构和组成表征。

图2.IF、S-FeOOH/IF、RuO2/IF、Ni3S4/IF、NiFe-LDH/IF和Ni3S4/NiFe-LDH/IF的电催化性能。

图3. S-FeOOH/IF、NiFe-LDH/IF和Ni3S4/NiFe-LDH/IF在1 M KOH+0.5 M NaCl中的电催化性能。

图4.OER电催化过程中的表征。

文献详情

Corrosion-Driven Ni3S4 Gradient in NiFe-LDH Enables Durable Industrial-Scale Water Electrolysis

Yi Liu, Junpo Guo, Xupo Liu, Zhihan Liu, Tian Li, Shuang Wang, Congcong Zhang, Kailun Wang, Tianwen Xu, Weijie Kong, Zijun Chen, Jintao Huang, Junwu Xiao, Hongfang Liu, Huaiyu Shao, Deli Wang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:https://doi.org/10.1002/anie.202516894

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