氢气是一种高密度的能量载体及主要的化工原料，耦合可再生能源发电的电解水是一种可连续成长的制氢要领，当前电解水的效率重要受限在其阳极析氧反映（OER）较高的过电势。为了提高电解水的效率，需要利用电催化剂降低OER的过电势。使用腐化法于泡沫铁上制备的自支撑镍铁层状双氢氧化物（NiFe-LDH@IF）因其优良的OER电催化机能被认为是最具备运用远景的OER电催化剂之一。然而今朝NiFe-LDH@IF的生长机制还有不清晰，并且差别腐化前提对于NiFe-LDH@IF电催化机能的影响还有不甚相识。这些认知的缺少严峻拦阻了NiFe-LDH@IF的成长及运三木SEO-用。

本研究经由过程体系的试验，初次展现了NiFe-LDH@IF完备的生长机制。NiFe-LDH@IF的制备要领如图1所示，将泡沫铁浸泡于NiSO4溶液中静置一段时间就能获得NiFe-LDH@IF。于浸泡历程中，Ni2+离子与铁会发生置换反映从而于泡沫铁外貌天生镍铁合金。镍铁合金与泡沫铁构成了腐化原电池，此中泡沫铁作为阳极发生氧化反映天生Fe2+离子，部门Fe2+离子会被消融氧氧化为Fe3+离子。而于NiFe合金阴极外貌重要发生Ni2+, H+, O2的还有原反映，H+的耗损以和OH-的孕育发生致使NiFe合金阴极外貌的局域pH值较高，有益在金属氢氧化物的沉积从而形成Fe2+离子掺杂的NiFe-LDH（图2）。

图1.NiFe-LDH@IF的生长历程示用意

图2.NiFe-LDH@IF的生长机制示用意

跟着腐化时间的延伸，NiSO4溶液中的Fe2+与Ni2+离子浓度比值（c(Fe2+)/c(Ni2+)）逐渐增长，是以NiFe-LDH纳米片的尺寸以和Fe2+掺杂浓度沿着生长标的目的也于逐渐增长（图3），Fe2+掺杂可以或许于低电位下不变高活性位点Fe4+从而提高NiFe-LDH@IF的表不雅活性。当腐化时间跨越某一临界值致使溶液中c(Fe2+)/c(Ni2+)年夜在8.89%时，除了了NiFe-LDH以外，FeOOH也会发生沉积。FeOOH的本征活性低在NiFe-LDH，此外FeOOH还有会笼罩NiFe-LDH的活性位点从而致使NiFe-LDH@IF的表不雅活性降低。跟着NiSO4溶液浓度的降低，NiSO4溶液中c(Fe2+)/c(Ni2+)逐渐增长，一方面NiFe-LDH中的Fe2+掺杂浓度增长有益在提高NiFe-LDH@IF的表不雅活性，另外一方面较年夜的c(Fe2+)/c(Ni2+)有益在FeOOH的生长从而致使NiFe-LDH@IF的表不雅活性降低。

为了提高NiFe-LDH@IF的表不雅活性，一方面需要促成NiFe-LDH的生长并提高此中Fe2+掺杂浓度，另外一方面需要按捺FeOOH的生长，是以腐化时间及NiSO4溶液浓度均要适量，不克不及过高也不克不及过低。本研究摸索出的最好的NiSO4溶液浓度为200 妹妹ol L-1，最好腐化时间为72小时。优化腐化前提制备的NiFe-LDH@IF与文献中报导的其他高机能OER催化剂比拟具备更低的过电势及更小的塔菲尔斜率。此外它还有体现出了优秀的电催化不变性，于100mAcm-2的电流密度下可以或许不变运行192h，不变性测试先后的NiFe-LDH纳米片的描摹险些没有变化（图4）。

图3.NiFe-LDH@IF中NiFe-LDH纳米片沿生长标的目的的尺寸与Fe2+掺杂浓度变化

图4.NiFe-LDH@IF的电催化活性与不变性测试成果

11月23日，上述研究事情以《生善于腐化原电池阴极上的镍铁层状双氢氧化物用在析氧反映电催化》（NiFeLayered Double Hydroxides Grown onaCorrosion-Cell Cathode for Oxygen Evolution Electrocatalysis）为题，于线发表于《进步前辈能源质料》（Advanced Energy Materials）期刊。清华年夜学质料学院2019级博士生赵威为本论文的第一作者，邵洋副研究员为论文的通信作者。清华年夜学陈娜副研究员、姚可夫传授、沈洋传授，华中科技年夜学龚攀副传授为本研究提供了主要帮忙。本研究获得了国度天然科学基金及国度重点研发规划的经费撑持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202102372?af=R

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