王雙印教授課題組在水滑石電催化劑幹法剝離及缺陷調控方面取得重要研究進展(圖文）

近日，我校化學生物傳感與計量學國家重點實驗室、2003网站太阳集团王雙印教授課題組在二維水滑石材料應用于電催化氧析出（OER）的相關研究取得重要進展。該課題組通過等離子體技術對體相二維層狀钴鐵雙金屬氫氧化物材料（CoFe LDHs）進行幹法剝離，形成表面富含多元空穴的二維超薄納米片，從而顯著提高其電催化氧析出性能。該項研究成果在國際頂級化學類期刊Angewandte Chemie International Edition （影響因子11.709）上發表。

圖一、 等離子體幹法剝體相CoFe LDHs示意圖

尋找清潔，可再生和可負擔得起的能源技術是替代化石燃料的關鍵，氫能源由于其高的能量密度而被廣泛應用于各行各業。電催化分解水産氫是非常有前景的産氫方法之一，氧析出反應被認為是電催化分解水的決速反應。氧析出反應是一個多步驟、四電子過程的上坡反應，其反應動力學差，過電勢高。因此，發展高效廉價的氧析出反應電催化劑至關重要。體相層狀雙金屬氫氧化物由于其獨特的二維結構、大的比表面積以及其特殊的電子結構顯示出良好的電催化性能，其用于OER已有了廣泛的研究。但是，大的顆粒尺寸和顆粒的厚度限制了電催化活性位點的暴露從而抑制了其OER的電催化活性。該課題組利用等離子體技術處理體相钴鐵雙金屬氫氧化物納米片 （CoFe LDHs），幹法剝離得到超薄的二維納米片。該課題組首次發明了利用Ar等離子體幹法剝離體相層狀雙金屬氫氧化物。與傳統的液相剝離相比，氩氣等離子體剝離表現出幹淨、省時、無毒的優勢，同時避免了液相剝離時溶劑分子的吸附。剝離得到的納米片能夠以粉末的形式穩定存在。與此同時，剝離所得的二維超薄納米片被觀察到有多種類型空位的形成，富含氧空位，钴空位和鐵空位。這些多空位的位點具有更高的電催化活性，更加利于吸附H₂O及其中間産物發生反應從而産生氧氣。與體相CoFe LDHs相比，等離子體幹法剝離所得的二維超薄CoFe LDHs納米片，具有更大的比表面積，暴露出更多的活性位點催化OER，更為重要的是，多種空位的産生更加有利于催化OER。總的來說，該課題組首次通過一步等離子體對體相CoFe LDHs納米片進行幹法剝離，形成富含多種空位的二維超薄納米片材料，該材料作為OER催化劑顯示出及其優秀的電催化性能。

論文第一作者為博士二年級王燕勇同學。

部分作者合影

論文鍊接：https://doi.org/10.1002/anie.201701477