魅蓝e格机解锁方法_构筑高性能析氧电极的新方法：室温下硝酸铁溶液浸润泡沫镍...
本文探讨了基于泡沫镍构建高性能析氧（OER）电极的方法。通过将金属镍浸入硝酸铁溶液中，在室温下实现了Ni-Fe氢氧化物原位沉积，显著提升了OER活性。实验表明，在20 mM Fe(NO3)3溶液中浸泡1分钟即可将OER过电位从371 mV降至270 mV；浸泡4小时后进一步降至196 mV（@10 mA·cm−2; 1 M KOH）。此外，在碱性电解水中达到较高的电流密度（25 mA·cm−2）。该方法为开发高效析氧电极提供了简单易行的新途径，并强调了在使用还原性基底时需谨慎选择前驱体溶液以避免刻蚀或杂质掺杂。
内容简介
泡沫镍作为一种导电 support，在各类电化学器件中具有广泛的应用前景。其优势体现在优异的导电性和稳定的碱性性能上。与传统的碳基材料相比（如碳布、碳纸等），泡沫镍展现出更为显著的优势。基于泡沫镍构建高性能电极体系主要采取两种创新策略：其一通过将活性材料直接涂覆于泡沫镍表面实现功能化；其二则采用水热工艺在表面原位生长活性材料层。第一种策略的一个显著缺点是活性材料与基底之间的物理结合不够紧密。第二种策略虽然有效但存在一些局限性：首先需要较高的温度进行热处理；其次该方法会导致大量前驱体试剂的实际用量较高从而增加了资源浪费的问题。
本文探讨了利用金属镍的还原特性(Ni₀⁻²e⁻→Ni²⁺；E°=−0.257 V)来构建高性能析氧(OER)电极。研究者观察到，在室温条件下将泡沫镍浸泡于硝酸铁溶液中时，金属镍表面会迅速被硝酸根离子氧化(发生反应：NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻ → NO₂⁻ + H₂O；E°=+0.934 V)。这一氧化过程导致镍-溶解界面处pH值上升，并释放出Ni²+离子，在泡沫镍表面实现无定型Ni-Fe氢氧化物(a-NiFeOₓHy)的原位沉积。这种沉积物展现出较高的OER活性。以20 mM Fe(NO₃)₃溶液为例，在室温下仅浸泡1分钟即可使泡沫镍电极的OER过电位(@10 mA·cm⁻²；0.1 M KOH)从371 mV降至270 mV；而浸泡4小时后，则进一步降低至196 mV。此外，研究者还考察了其他铁盐溶液(FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃、FeCl₂、FeSO₄)对泡沫镍OER活性的影响，并发现这些体系均能显著提升析氧电极活性（较Fe(NO₃)₃体系均低）。进一步测试表明，在1.5 V外加电压下全分解水电流密度可达25 mA·cm⁻²。值得注意的是：
其一，在电极制备过程中（如水热法或电沉积法），若前驱体溶液中含有氧化性物质，则可能导致还原性电极表面发生刻蚀等反应，并释放Ni²+、Fe²+/³+等离子；
其二，在作为析氧电极时（尤其是当所加电位远高于基底氧化电位），若电解质接触基底，则可能引发基底与其表面活性物质间的反应（如Ni²+或Fe²+/³+掺杂等）。
This study reports that the OER activity of nickel foam exhibits notable enhancement when immersed in Fe(NO_3)_3 under ambient conditions.
作者简介
赵惠军 ， 澳大利亚格里菲斯大学正教授及清洁环境与能源中心主任 。中科院固体物理研究所 ， 环境与能源纳米材料中心主任 ， 博士生导师 。
赵惠军于1985年毕业于东北大学化学系并获得学士学位 ，随后赴澳大利亚攻读化学专业博士学位 ，于1991年从澳大利亚卧龙岗大学获得化学博士学位 。。
自1992年起 ， 赵惠军一直在中科院固体物理研究所从事研究工作 。主要研究领域包括纳米材料的可控合成 、精密组装及其在清洁环境与能源领域的应用 、半导体纳米材料界面电子传输表征方法 以及大环境水质技术等方面的研究 。
到目前为止 ， 赵惠军教授已主持或参与国家自然科学基金重点项目 、面上项目 、中科院装备研制专项项目 、国家重大纳米专项以及中国科学院战略性先导科技专项等多个科研项目 。
其研究成果已在包括《Nature》等国际顶级期刊在内的国内外知名期刊上发表论文360余篇 ， 被SCI收录论文引用超过11000次 ， 并拥有7项发明专利授权 。
文章信息
Huajie Yin et al. report a remarkable enhancement in the water-splitting activity of nickel foam when immersed in a ferric nitrate solution. This innovative approach significantly improves the efficiency of hydrogen generation through electrocatalysis by utilizing low-cost materials such as nickel foam and ferric nitrate. The study was published in Nano Research, with the full reference available at https://doi.org/10.1007/s12274-017-1886-7.
长
按
关
注
解锁更多精彩内容
Nano Research公众号
微信号 : Nano_Research