王双印教授课题组在水滑石电催化剂干法剥离及缺陷调控方面取得重要研究进展(图文）

近日，我校化学生物传感与计量学国家重点实验室、化学化工学院王双印教授课题组在二维水滑石材料应用于电催化氧析出（OER）的相关研究取得重要进展。该课题组通过等离子体技术对体相二维层状钴铁双金属氢氧化物材料（CoFe LDHs）进行干法剥离，形成表面富含多元空穴的二维超薄纳米片，从而显著提高其电催化氧析出性能。该项研究成果在国际顶级化学类期刊Angewandte Chemie International Edition （影响因子11.709）上发表。

图一、 等离子体干法剥体相CoFe LDHs示意图

寻找清洁，可再生和可负担得起的能源技术是替代化石燃料的关键，氢能源由于其高的能量密度而被广泛应用于各行各业。电催化分解水产氢是非常有前景的产氢方法之一，氧析出反应被认为是电催化分解水的决速反应。氧析出反应是一个多步骤、四电子过程的上坡反应，其反应动力学差，过电势高。因此，发展高效廉价的氧析出反应电催化剂至关重要。体相层状双金属氢氧化物由于其独特的二维结构、大的比表面积以及其特殊的电子结构显示出良好的电催化性能，其用于OER已有了广泛的研究。但是，大的颗粒尺寸和颗粒的厚度限制了电催化活性位点的暴露从而抑制了其OER的电催化活性。该课题组利用等离子体技术处理体相钴铁双金属氢氧化物纳米片 （CoFe LDHs），干法剥离得到超薄的二维纳米片。该课题组首次发明了利用Ar等离子体干法剥离体相层状双金属氢氧化物。与传统的液相剥离相比，氩气等离子体剥离表现出干净、省时、无毒的优势，同时避免了液相剥离时溶剂分子的吸附。剥离得到的纳米片能够以粉末的形式稳定存在。与此同时，剥离所得的二维超薄纳米片被观察到有多种类型空位的形成，富含氧空位，钴空位和铁空位。这些多空位的位点具有更高的电催化活性，更加利于吸附H₂O及其中间产物发生反应从而产生氧气。与体相CoFe LDHs相比，等离子体干法剥离所得的二维超薄CoFe LDHs纳米片，具有更大的比表面积，暴露出更多的活性位点催化OER，更为重要的是，多种空位的产生更加有利于催化OER。总的来说，该课题组首次通过一步等离子体对体相CoFe LDHs纳米片进行干法剥离，形成富含多种空位的二维超薄纳米片材料，该材料作为OER催化剂显示出及其优秀的电催化性能。

论文第一作者为博士二年级王燕勇同学。

部分作者合影

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.201701477