高效长稳OER催化剂——B、P双掺杂非晶多孔NiFe基材料

　　向可再生能源新世代的迈进，需要开发多种能源转换与存储的新技术和新装备。高效、耐用、经济的析氧反应（OER）电催化剂对水制氢反应、CO2还原反应等电解技术具有至关重要的作用。OER反应是一个复杂的四电子-质子耦合反应，本文提供了一种复杂体系电催化剂的设计和制备方案，该催化剂为B、P双掺杂、非晶态、多孔、金属性的NiFe基电催化材料（下称：a-NiFePB），具有优异的电催化活性以及长效稳定性。相关的研究成果发表在2019年5月30日的《Small》上。 

　　研究组通过DFT模拟计算发现，B、P双掺杂使得a-NiFePB中的Fe和Ni在费米能级上均产生离域，增强了p-d杂化。通过北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站的X射线吸收谱获取了a-NiFePB的结构信息，从XANES谱图和EXAFS谱图中得到了Fe-P(B)、Fe-Fe(Ni)、Ni-P(B)、Ni-Fe(Ni)的键长及配位信息。 　　

　　图：标样及样品的XANES谱和EXAFS谱。 

　　协调的电子结构、低配位非晶态金属性结构、以及多孔表面，使a-NiFePB电催化材料获得了优异的OER活性。在计时电位条件下，a-NiFePB表现出极低的过电位（197mv@10mA cm^-2和233mv@100mA cm^-2），和极低的Tafel斜率（34mv dec^-1）。a-NiFePB材料表现出表面含氧活性位与体相金属传导性的综合特性，相较于NiFe合金，a-NiFePB的生成焓比前者低一个数量级，通过DFT模拟计算的氧原子结合能也显著较低。因此，a-NiFePB具有更好的热力学稳定性、抗氧化性、以及电催化长效稳定性。实验证明，在100mA cm^-2下运行1400h后，催化剂的反应电位仅升高了104 mV。 

　　这项工作设计了一种复杂体系电催化剂，使其获得高电化学活性和长效稳定性，为开发高效工业催化剂提供了新的设计策略和研究方向。 

　　发表文章： 

　　Fei Hu, Haiyun Wang, Yan Zhang, Xiaocheng Shen, Guanghui Zhang, Yanbo Pan, Jeffrey T. Miller, Kun Wang, Shengli Zhu, Xianjin Yang, Chengming Wang,Xiaojun Wu*, Yujie Xiong*, Zhenmeng Peng*, Designing Highly Efficient and Long-Term Durable Electrocatalyst for Oxygen Evolution by Coupling B and P into Amorphous Porous NiFe-Based Material, Small 2019, 15(28). 1901020.