中南大学潘军教授团队在氢能制备领域研究取得新进展

发布时间: 2023-04-06 11:27:49 浏览次数 : 783 来源:中南大学

本网讯近日，中南大学粉末冶金研究院潘军教授团队在国际材料科学领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)上发表题为《NO3-抑制NiFe催化剂Fe偏析助力稳定水氧化》(Oxyanion engineering suppressed iron segregation in nickel-iron catalysts toward stable wateroxidation)的研究成果。该研究围绕氧阴离子调控镍铁(NiFe)催化剂的OER稳定性问题展开，在氢能领域电解水阳极析氧(OER)催化剂研究方面取得新进展。粉末冶金研究院2019级博士生廖寒潇为第一作者，潘军教授、谭鹏飞讲师和物理与电子学院刘敏教授为共同通讯作者，中南大学为唯一署名单位和通讯单位。

得益于组分与活性的高度可调节性，NiFe催化剂成为碱性介质中极具应用潜力的OER催化剂。然而，由于存在Fe偏析问题，NiFe催化剂在高电流密度下的长期稳定性仍然不能令人满意。鉴于此，潘军教授团队创新性开发出一种硝酸根离子(NO3-)调控策略以缓解Fe偏析问题，从而提高NiFe催化剂的OER稳定性。X射线吸收光谱结合理论计算表明，晶格中具有稳定NO3-的羟基硝酸镍(Ni3(NO3)2(OH)4)可以通过Fe与NO3-之间强烈相互作用构建异质羟基硝酸铁/羟基硝酸镍(FeOOH/Ni3(NO3)2(OH)4)的稳定界面。飞行时间二次离子质谱和小波变换分析表明，NO3-能够抑制Fe溶解，促进Fe的均匀再沉积，显著缓解了Fe偏析，从而提升了FeOOH/Ni3(NO3)2(OH)4的界面稳定性。在长时间OER测试中，FeOOH/Ni3(NO3)2(OH)4异质界面催化剂表现出显著增强的稳定性，比没有NO3-修饰的羟基硝酸铁/氢氧化镍(FeOOH/Ni(OH)2)异质界面催化剂稳定性提高了6倍。

图为FeOOH/Ni(OH)2和FeOOH/Ni3(NO3)2(OH)4催化剂的结构模型(上)、飞行时间二次离子质谱图像(中)和长期OER稳定性(下)

绿色氢能是国家“双碳”战略和“十四五”可再生能源发展规划的重要发展方向。该研究工作紧密围绕国家清洁能源转型的重大战略需求，针对规模化制氢阳极催化剂开发中的关键科学及技术问题开展前瞻性研究，为高效电解水制氢催化剂的设计调控、推进规模化产氢的发展做出了贡献。截至目前，潘军教授团队研发了系列高性能氧阴离子调控的NiFe基催化材料和催化剂，并成功用于制氢领域的各个环节，已进入成果转化阶段，有望获得高效的示范性能源器件装置。

(一审：韩艳二审：邓皓迪三审：王建湘)

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