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镍基磷酸盐的析氧活性及其电子轨道的影响。

Nanoscale Advances ( IF 4.6 ) Pub Date : 2024-12-09 , DOI: 10.1039/d4na00794h
Yuuki Sugawara 1 , Yuto Nakase 1 , Gopinathan M Anilkumar 1, 2 , Keigo Kamata 3 , Takeo Yamaguchi 1
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金属磷酸盐型化合物已用于多种应用,其独特的化学性质最近为它们用作催化剂开辟了途径。金属磷酸盐以前已证明对电化学水分解中的阳极析氧反应 (OER) 具有显着的电催化活性。然而,影响 Ni 基磷酸盐 OER 电催化的关键因素尚未得到充分探索。我们在此展示了镍 (Ni) 基磷酸盐-单斜 Ni3(PO4)2、单斜晶系 Ni2P2O7 和单斜晶系 Ni2P4O12 作为在碱性介质中表现出出色 OER 活性的示例材料。与传统的镍基氧化物 (NiO) 和磷化物 (Ni2P) 相比,这些镍基磷酸盐表现出优异的 OER 过电位。此外,它们的 OER 特异性活性超过了基于稀有金属的基准 IrO2,以及之前报道的由非贵金属组成的最先进的晶体电催化剂。长期耐久性测试表明,Ni3(PO4)2 即使在 1000 次重复电位循环后仍能保持其 OER 活性,同时保持其元素组成和拉曼光谱。为了了解镍基磷酸盐的优异 OER 活性,研究了其晶体内的原子构型。值得注意的是,在 Ni 基磷酸盐和 NiO 中都观察到 Ni-O 键长和 OER 过电位之间的明显相关性,即较短的 Ni-O 键长对 OER 非常有益。密度泛函理论 (DFT) 计算表明,Ni 基磷酸盐出色的 OER 活性是由其有利的电子轨道促进的,这增强了 Ni-O 键并改善了 OER 中间体在 Ni 位点上的吸附。 采用表面板模型的 DFT 计算证实了这种机制,其中 OER 中间体在 Ni 基磷酸盐表面的吸附比在 NiO 表面上的能量更有利。因此,镍基磷酸盐是很有前途的 OER 电催化剂,本研究为进一步改进镍基电催化剂提供了重要指导。




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更新日期:2024-12-09
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