超薄超小镍铁水滑石的声悬浮制备

开发高效、低成本的清洁能源,有助于降低CO2排放。电催化分解水产氢产氧或许可实现未来对清洁能源的需求。在诸多纳米材料中,超薄二维纳米材料因其可暴露更多的活性位点、具有更高的比表面积等特点,在电催化反应中表现出优异的性能。镍铁水滑石(NiFe-LDH)是非常有前景的过渡金属电催化分解水产氧反应(OER)催化剂。采用水热法制备NixFe1-LDH(x=1,2,3)前体,利用超声悬浮剥离法实现超薄超小镍铁水滑石纳米片的快速制备。声悬浮法利用超声波发射端和反射端间产生的高强度声辐射力来抵消样品的重力,进而使样品被悬浮。超声波反复叠加形成的高声强驻波,更易实现超薄超小纳米材料的快速制备。研究发现,通过超声悬浮技术可实现仅用20μL甲酰胺在20min内成功将Ni1Fe1-LDH前体从横向尺寸为1500nm、厚度为25.66nm剥离为分散较为均匀、横向尺寸约10nm、厚度低至0.649nm的超薄超小镍铁水滑石纳米片,并具有优异的OER性能。不同物质的量比的镍铁水滑石随超声悬浮时间逐渐增加,OER性能逐渐提高。其中,当电流密度达10mA/cm2时,Ni1Fe1-LDH-20min的过电位低至309mV,相比于Ni1Fe1-LDH前体的过电位673mV,降低了364mV,其塔菲尔斜率也相应从137mV/dec降至67mV/dec,电化学活性表面积增大了2.4倍。与其他过渡金属基催化剂相比,在OER中表现出优异的性能。

加晓丹(1989—),女,陕西榆林人,副教授,博士。E-mail:jiaxiaodan1989@163.com

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加晓丹,李金龙,张绍炳,等.超薄超小镍铁水滑石的声悬浮制备[J].洁净煤技术,2024,30(4):120-129.

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