AFM：MAX相中的A層自重構(gòu)大幅提升電催化OER活性

電催化水分解是生產(chǎn)“綠色”氫氣的有效方法。陽極析氧反應(yīng)(OER)動(dòng)力學(xué)緩慢是制約水電解技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要問題。陰離子交換膜(AEM)電解池能夠使用非貴金屬過渡金屬以及在非純水中操作等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，這些催化劑通常在OER過程下的結(jié)構(gòu)重建產(chǎn)生金屬氫氧化物，這決定了整體催化性能。因此，跟蹤催化劑結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，確定固有催化活性中心對(duì)于高性能催化劑的合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

近日，廈門大學(xué)黃小青、中科院寧波材料所黃慶和常熟理工學(xué)院耿洪波等采用Sn與Ni、Co、Fe的A位合金化方法，成功地開發(fā)了一類新型高效非貴金屬V2(Sn，A)C(A=Ni，Co，F(xiàn)e)MAX相催化劑。

這些MAX催化劑呈現(xiàn)典型的六方晶體結(jié)構(gòu)(空間群P63/mmc)的納米層化211相。此外，在1 M KOH電解液中，V2(Sn，A)C(A=Ni，Co，F(xiàn)e)MAX(VSNC)在連續(xù)陽極循環(huán)過程中能夠發(fā)生自重構(gòu)，并且這種自重構(gòu)終止于表面以避免包含表面V-C層溶解和層間(Sn，Ni)原子遷移的塊體VSNC坍塌；最終生成V2(Sn，Ni)C/V，Sn-NiOOH催化劑。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，當(dāng)Sn或V加入到γ-NiOOH中時(shí)，反應(yīng)途徑由晶格氧氧化機(jī)理(LOM)轉(zhuǎn)變?yōu)槲矫摳綑C(jī)理(AEM)。因此，在γ-NiOOH中摻雜V對(duì)降低堿性O(shè)ER的反應(yīng)能壘至關(guān)重要。

電化學(xué)性能測試結(jié)果顯示，經(jīng)VSNC電化學(xué)重構(gòu)生成的V2(Sn，Ni)C/V，Sn-NiOOH催化劑在堿性條件下電流密度為10 mA cm-2和50 mA cm-2下的OER過電位分別為290 mV和340 mV，Tafel斜率為60.8 mV dec-1。

此外，VSNC催化劑還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在2000次循環(huán)后過電位增加了≈8mV。OER反應(yīng)后的VSNC的XRD圖顯示，隨著VCx雜質(zhì)的減少，體結(jié)構(gòu)可以很好地保留，表明重建僅發(fā)生在VSNC的表面。

Self-Reconstruction of Single-Atom-Thick A Layers in Nanolaminated MAX Phases for Enhanced Oxygen Evolution. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211530

審核編輯 ：李倩