调控电极表面润湿性增强电解水析氧的性能

对于应用于水相的电催化分解水技术来说，气泡效应引起的过电位是一个不容忽视的问题。这是由于在电催化水裂解的过程中，随着过电位的增加，工作电极表面将产生大量气泡并附着于电极表面，而其中一部分气泡不能立即脱离电极表面，这就会导致电极有效工作面积减小，增加反应的过电位。材料表面的可润湿性对设计开发新型电催化剂有非常重要的影响，良好的催化剂表面润湿性不但有利于保证电催化剂发生作用的最佳固-液湿化环境，也有利于电极表面快速排出气泡，避免生成的大量气泡附着在电极表面，进而降低气泡过电位，加快电解水催化反应的进行。

近日，澳大利亚新南威尔士大学的赵川教授（点击查看介绍）团队使用简单的两步策略，通过调控镍铁氢氧化物多孔纳米片状结构的表面润湿性，成功制备了不同基底上生长的镍铁氢氧化物/镍铁磷酸盐组成的异相结构电催化剂（NiFe/NiFe : Pi）。该两步策略不仅能够成功控制材料的表面形貌，而且极大地提高了电极材料表面的亲水性。例如，磷酸化后，催化剂的表面接触角从无磷酸修饰催化剂的129°降到了44°。该复合电极在碱性体系中进行电化学析氧测试表明：由于电极表面形成细小的气泡并迅速脱离电极表面，电极表现出良好的催化活性。具体来讲，电极催化析氧达到10 mA•cm^-2 和300 mA•cm^-2 的过电势分别为290 mV和340 mV，远远低于没有经过表面改性的镍铁氢氧化物电极。研究表明，电催化过程中，催化剂保持良好的开放性多孔纳米片结构，极快的电荷转移速率和良好的表面润湿性都有助于电解水析氧过程的进行。

这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是李义兵博士。

该论文作者为：Yibing Li and Chuan Zhao

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Enhancing Water Oxidation Catalysis on a Synergistic Phosphorylated NiFe Hydroxide by Adjusting Catalyst Wettability

ACS Catalysis, 2017, 7, 2535, DOI: 10.1021/acscatal.6b03497

赵川教授简介

赵川，澳大利亚新南威尔士大学（The University of New South Wales，UNSW）化学院终身教授，皇家澳大利亚电化学会主席，澳大利亚研究委员会Future Fellow；2002年，西北大学博士毕业，2002－2006年在德国奥尔登堡大学（Carl von Ossietzky Universität Oldenburg）化学系从事博士后研究工作，2006－2010年澳大利亚蒙纳士大学（Monash University）化学院ARC绿色化学中心任高级研究员。

赵川教授的研究兴趣包括纳米电化学技术及其在清洁能源、气体传感及仿生中的应用。近年来发表高水平SCI论文百余篇，包括多篇以通讯作者发表的Nat. Commun.、JACS 以及热点论文和高引用频率排行论文。其科研成果多次被包括新华社在内的国际主流新闻媒体报道，获国际发明专利4项、澳大利亚发明专利5项，多项成果商业化，其制氢项目2016年入选中国科技部首个海外高科技火炬创新园。

赵川

http://www.x-mol.com/university/faculty/25323

课题组链接

http://www.chemistry.unsw.edu.au/research/research-groups/zhao-group