创新点：针对大电流密度析氧电极的制备要求，采用两步电沉积法制备了CoS@NiFe/Ni foam异质结构析氧阳极材料，得益于其异质结构的耦合效应、丰富的表面析氧活性位及表面气泡快速脱除，在330mV的过电位下即可实现1A/cm2的析氧电流密度。
关键词：异质电催化剂；大电流密度；析氧；电沉积；电解水；
随着“大力发展可再生能源，推动加氢等设施建设”列入2019年《政府工作报告》，发展大规模绿色可再生能源制氢技术有着重大需求。利用太阳能、风能等绿色电能进行电解水制氢是一种极具前景的绿色制氢方法，但受限于缓慢的阳极析氧动力学及缺乏低成本、高活性催化剂，使得电解水反应能耗较高，制氢成本大，不利于大规模应用。因此，研发低成本、高活性和大电流密度析氧催化稳定的阳极催化材料是目前该领域的研究热点之一。
一般而言，在较低过电位实现大电流密度析氧催化性能往往需要析氧催化材料具有以下几个优点：i)高活性的本征析氧催化位点；ii)表面丰富的析氧催化活性位点；iii)快速的电荷转移能力；iv)优异的抗腐蚀能力和抗脱落能力。针对这些要求，刘光小组以泡沫镍为集流体，首先在泡沫镍表面电沉积制备NiFeOx纳米薄膜，进而在NiFeOx薄膜上电沉积制备制备CoSx纳米片阵列，采用两步电沉积法制备了CoS@NiFe/Ni foam异质结构析氧阳极材料。通过系列结构表征和电化学研究发现，电沉积的NiFeOx纳米薄膜可以促进CoSx纳米片阵列的沉积，并且二者之间可以产生电子转移从而实现异质结构的电子耦合效应；另外，表面的CoSx纳米片阵列在阳极析氧过程中发生氧化，可以产生丰富的析氧催化活性位，由此促进电催化析氧反应的进行；更重要的是，这种催化电极独特的异质结构以及预氧化过程带来大的电化学活性面积，使得电极表面具有更好的电解液浸润性和气泡逸出速率，从而进一步促进析氧催化反应的进行。得益于这些特性，制备的CoS@NiFe/Ni foam电极材料在1 MKOH溶液中仅需175 mV即可实现10 mA/cm2的析氧电流密度，在30 wt%KOH溶液中实现 1A/cm2的析氧电流密度仅需330 mV过电位。该研究为廉价、高效、大电流析氧电极材料的构筑及实际应用提供了重要的研究思路。
相关结果发表在Chemistry – An Asian Journal (DOI: 10.1002/asia.202000213)
文章作者: Muheng Wang, Yun Wu, Na Li, Fei Zhao, Dr. Qiang Zhao, Prof. Jinping Li*, Dr. Guang Liu*
文章链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/asia.202000213.
