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鈷摻雜層狀鎳鐵雙金屬氫氧化物納米片/碳纖維(NiFeCo-LDH/CF)復合催化劑的合成及研究

發布時間：2021-05-17 作者：axc 分享到：

沸石咪唑酯骨架結構材料（ZIF-67）是**的金屬-有機骨架材料，本研究工作通過犧牲生長在碳纖維（CF）上的ZIF-67作為鈷源和表面活性劑，在CF上一步原位共沉淀多金屬陽離子來制備具有分級結構的NiFeCo-LDH/CF復合材料，實現該材料電催化OER活性和穩定性的協同提升。

一種鈷摻雜的層狀鎳鐵雙金屬氫氧化物納米片/碳纖維（NiFeCo-LDH/CF）的復合催化劑，具有理想的電催化析氧（OER）性能。擴展X射線精細結構分析表明，Co取代可以穩定Fe的局部環境并促進NiFeCo-LDH/CF中的π對稱鍵合軌道，達到優化NiFe-LDH電子結構的效果。進一步結合復合材料分級結構中大量暴露的表面活性位點優勢以及CF輔助提升材料的電荷轉移速率，所得NiFeCo-LDH/CF材料表現出的OER性能。在電流密度為10 mA cm^-2時，該催化劑的析氧過電位低至249 mV，并且循環穩定性很好

【圖文解析】

圖1. NiFeCo-LDH/CF復合電催化劑的合成過程示意圖。

NiFeCo-LDH/CF復合電催化劑的合成如圖1所示。以ZIF-67、Ni²⁺、Fe³⁺和CF作為前驅體，利用一步溶劑熱反應，成功在CF上實現鎳鐵鈷三種金屬離子的共沉淀，獲得具有管狀卷曲納米片結構的NiFeCo-LDH/CF復合材料。

圖2. NiFeCo-LDH/CF材料的（a）SEM圖、（b-d）TEM和HRTEM圖以及（d，f）HAADF-STEM圖和對應的元素mapping圖。
SEM和TEM圖表明NiFeCo-LDH/CF由大量卷曲納米薄片堆疊于CF上構成，其中納米片厚度約為3.5-4.9 nm（圖2a-b）。HRTEM、HAADF-STEM以及元素mapping圖清晰地揭示了NiFeCo-LDH/CF的分級立體結構，并且證實Ni、Fe、Co三種元素在該材料中的均勻分布（圖2c-f）。

圖3. NiFeCo-LDH/CF材料與對比樣品的（a）XRD譜圖、（b）FT-IR圖和（c, d）N₂吸附/脫附等溫線及對應的孔徑分布圖。

如圖3a的XRD譜圖所示，NiFeCo-LDH/CF材料的衍射峰位與NiFe-LDH相對應，表明NiFeCo-LDH/CF結晶性良好，并且Co的摻入未引起晶體結構的明顯變化。FT-IR圖譜顯示NiFeCo-LDH/CF中沒有二甲基咪唑的咪唑環彎曲振動，說明材料合成過程中二甲基咪唑僅起到表面活性劑的作用（圖3b）。

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