协同Ni3N/Ni异质结构核和超薄Ni3N表面壳实现自适应的表面重构和高效析氧

摘要

寻找高活性、碱性稳定且具有极低过电位的非贵金属基析氧反应(OER)催化剂有巨大的价值,但由于OER缓慢的动力学,使其商业化面临相当大的挑战.本文中,我们通过一种自适应的表面重构方法设计了一种强耦合核壳纳米结构的预催化剂.该预催化剂由内部生长的Ni3N/Ni异质结构核和超薄Ni3N壳(Ni3N/Ni@Ni3N)组成,通过逐步的热氮化路径合成.Ni3N/Ni@Ni3N样品在电流密度10 mA·cm-2下展现出超低的过电位(229 mV),其在过电位270 mV下,电流密度为单独的Ni3N、Ni以及商业RuO2催化剂的17,37和20倍,同时具有较低的塔菲尔斜率(55 mV·dec-1).在OER过程中,Ni3N/Ni@Ni3N样品的表面发生了重构,生成了高活性的NiOOH.原位拉曼光谱和非原位电子显微镜的研究证实了这一点.密度泛函理论(DFT)计算结果表明,NiOOH到Ni3N的界面电子转移产生了带正电的Ni阳离子,大大降低了 OER中间产物吸附/脱附的能垒.