小尺寸CeO_2修饰的Fe-Co层状双羟基氧化物(LDH)的可控制备及电催化产氧(OER)性能的研究

解决日益突出的能源危机,分解水获得氢能是高效能量转换和储存的重要途径。但目前工业电解水存在着一系列问题,如涉及四电子转移,需要较大过电势等~([1])。解决这一难题的关键是选用具有高催化活性、高选择性、稳定性的电催化剂,改变反应途径、降低反应活化能~([1])。二氧化铈(CeO_2)是稀土功能材料中活性较高的一种,是萤石形氧化物、Ce~(3+)/Ce~(4+)之间的可逆氧化还原反应,利于氧空穴的产生和流动,能够促进电荷的传导和转移~([2-5])。本工作采用液相化学合成法首次可控制备出小尺寸CeO_2修饰的FeCo-LDH纳米材料(见下图),并在OER领域展现出了较高的催化活性。电化学测试显示,该材料的起始电位是270mV,电流密度位10mA/cm~2下的过电位是300mV,Tafel斜率是57mV/dec。表征分析显示,CeO_2的修饰使材料的电荷转移阻抗降低,电子导电性提高,氧空位数增加,氧储存和释放能力提升,且反应过程中小尺寸效应使气泡累积效应明显减少,气泡能够及时排出体系,提高反应动力学;同时,FeCo-LDH的存在增强了材料与OH-之间的分子作用力,促进了电催化过程OH-类中间体的产生~([6])。本工作为利用小尺寸铈基稀土功能材料构建高效能电催化剂提供了新的思路。