表面氧化镍基直接生长氮化铁镍及其高效电解水性能研究

氢能是一种高效清洁能源，其开发应用有利于解决目前能源使用中的效率及污染问题。析氢反应（HER）和析氧反应（OER）是电催化制氢能源转换中的重要过程。Pt、Ru等贵金属及氧化物对HER和OER具有高的电催化活性，但其储量有限、价格昂贵，稳定性较差等不足阻碍其大规模生产应用。因此，开发媲美贵金属催化活性且足够稳定的催化剂尤为重要。西安交通大学理学院应用化学系肖春辉（点击查看介绍）课题组报道了一种在泡沫镍（NF）表面原位生长的氮化铁镍（FeNi₃N）高效电解水催化剂。该工作不仅把泡沫镍当做电极基体，同时作为表面被刻蚀并且缓慢释放的镍源。作者以三价铁离子作为氧化剂及铁前驱体，采用共沉淀法在泡沫镍表面直接生长铁镍双金属氢氧化物，随后将该前驱体化合物在500 ℃氨气气氛下煅烧，最终得到了一种三维孔状且微观结构呈现纳米片形貌的催化剂FeNi₃N/NF。

图1. FeNi₃N/NF制备流程

FeNi₃N/NF表现出优异的OER和HER性能，在10 mA/cm²的电流密度下的过电位分别为202 mV和75 mV，塔菲尔斜率分别只有40 mV/dec和98 mV/dec。而且由于泡沫镍表面氧化刻蚀与原位生长机制作用，在连续工作1000循环及超过400h的稳定性测试中，FeNi₃N/NF电极催化性能没有任何下降，显示出优异的稳定性能。另外，该工作所探讨的制备方法及生长机制对双金属化合物尤其是金属基底直接生长催化剂研究领域有指导意义。相关结果发表在美国化学会《化学材料》杂志(Chem. Mater., 2016, 28, 6934−6941)。

图2. FeNi₃N/NF催化电解水性能

该研究受到国家自然科学基金委员会基金（21405119）和中央高校基本科研业务费（08143099）的资助。

该论文作者为：Bo Zhang, Chunhui Xiao*, Sanmu Xie, Jin Liang, Xu Chen, Yuhai Tang

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http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.6b02610

Iron-Nickel Nitride Nanostructures in Situ Grown on Surface-Redox-Etching Nickel Foam: Efficient and Ultrasustainable Electrocatalysts for Overall Water Splitting

Chem. Mater., 2016, 28, 6934-6941, DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b02610

肖春辉

http://www.x-mol.com/university/faculty/31113

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