由于3d金属和高价掺杂剂之间的能量学改变，高价金属掺杂的多金属（氧）氢氧化物在析氧反应（OER）方面优于贵金属电催化剂。然而，合理设计充分和微妙的调制器仍然具有挑战性。基于此，华东理工大学刘鹏飞博士和Hai Yang Yuan（共同通讯作者）等人报道了以多金属层状双氢氧化物（LDH）作为OER催化剂，引入了一系列高价态掺杂剂（Cr、Ru、Ce和V），它们可以限制LDH模板中的3+价态，以防止在OER过程中，相分离和操作数转移到>3+价态以实现足够的电子相互作用。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，这些高价态掺杂剂可以调节双金属NiFe位点的价数，加强对O的吸附，从而降低电位限制步骤（PLS, *OH→*O）的反应能，提高OER活性。因此，作者合成了一系列高价态金属掺杂的NiFe-LDH作为高效OER催化剂，其中超薄Cr掺杂NiFe（NiFeCr）LDH表现出最高性能。实验测试发现，NiFeCr-LDH在189和284 mV的低过电位下，可以实现10和1000 mA cm-2的电流密度，分别超过了IrO2和NiFe对应物。此外，NiFeCr-LDH证明了其在阴离子交换膜电解槽中作为阳极催化剂的可行性，与NiMoCo合金阴极结合以促进水分解，或与Ag阴极结合以催化CO2转化为CO，从而产生较低的全电池电压在高电流密度。作者认为这种operando的高价态掺杂策略将为合理设计高效的多金属OER催化剂提供一条新的途径。Operando High-Valence Cr-Modified NiFe Hydroxides for Water Oxidation. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202200303.
https://doi.org/10.1002/smll.202200303.
