由于日益加剧的环境污染以及化石能源短缺问题,电解水领域受到广泛的关注。然而,析氧反应(OER)由于其较高的过电势,阻碍了整个电解反应的动力学过程。目前,RuO2和IrO2被认为最有效的OER催化剂,但是价格昂贵以及稳定性差等问题,使得其难以进行商业化应用,因此开发低成本、高活性的催化剂显得尤为重要。而钙钛矿氧化物由于其结构的灵活性,具有很大的应用前景;并且纳米颗粒原位出溶技术的发展,也赋予了它们较高的催化活性以及稳定性。通常,Fe基钙钛矿可以作为良好的催化剂母体,但是其催化活性以及稳定性需要进一步的提升;而且OER催化活性往往与其电子结构以及功函数相关,然而很少有文献报道关于催化活性与功函数的相关关系。
近日,西安交通大学电气学院电力设备电气绝缘国家重点实验、新型储能与能量转换纳米材料研究中心通过静电纺丝法制备出A位缺陷的La0.9Fe0.92Ru0.08O3-δ中空纳米纤维,采用原位生长的策略,将Ru和RuO2纳米颗粒锚定在钙钛矿母体上。得益于较大的比表面积以及金属-金属氧化物之间的协同作用,这种被RuO2纳米颗粒修饰的纤维电极表现出优异的OER催化活性及稳定性(过电势380mV@10 mA cm-2,塔菲尔斜率为39mVdev-1,稳定运行20 h)。此外,借助原子力显微镜,研究了催化活性与材料功函数的关系,结果表明,大量氧空位的存在引起费米能级上移,导致功函数降低,有利于加速电荷转移,进而加快析氧反应动力学过程。
相关工作以“Facile fabrication of exsolved nanoparticle-decorated hollow ferrite fibersas active electrocatalyst for oxygen evolution reaction”为题发表在化学工程领域top期刊Chemical Engineering Journal (影响因子10.652)。西安交通大学为该论文的唯一作者单位,电气学院吴锴教授,周峻副教授为通讯作者,博士研究生付磊为第一作者。
新型储能与能量转换纳米材料研究中心(http://cne.xjtu.edu.cn)瞄准新能源技术发展前沿,围绕新型储能和能量转换纳米材料研究方向,开展以材料微观/介观结构-化学特性-纳米制备技术为核心的基础研究工作,并以新能源转换与储能系统示范工程的研究和实施带动电气工程学科的发展建设,实现在该领域的理论创新与研究方法的创新。
论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472101010X