北化所Nano Research：FeCo LDH@Co3O4阵列实现高速率水氧化

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工业水电解槽通常在高电流密度下运行，需要大量且持久的活性位点参与。因此，合理设计分级结构的电催化剂对于工业水电解槽至关重要。

基于此，中科院化学研究所胡劲松研究员（通讯作者）等人报道了一种Fe³⁺诱导的纳米化策略，并制备了分层FeCo LDH@Co₃O₄（LDH：层状双氢氧化物）纳米结构阵列，用于高速率水氧化。FeCo LDH@Co₃O₄电极在工业级电流密度为1000 mA·cm^-2下，水氧化过电位为392 mV。当组装在水电解槽中时，它在1.61 V的低工作电压下提供100 mA·cm^-2的电流密度；当采用太阳能供电时，具有18.15%的高太阳能制氢效率和稳定的可重复性光响应。

DFT模拟表明，在LDH层中引入具有小离子半径和高电斥力的Fe³⁺扭曲了LDH层，导致纳米片尺寸减小，并能够形成分层结构。如果没有Fe3+阳离子的参与，则无法实现这种结构。当将Fe³⁺盐浓度从0.5 mmol降低到0.3 mmol时，FeCo LDH生长成更大的纳米片。此外，当仅添加Co盐作为金属源（不添加Fe³⁺盐）时，Co LDH会以大纳米片的形式生长在原始Co₃O₄阵列上方，形成顶层。

为了解LDH纳米片的Fe³⁺诱导纳米尺寸效应的形成机制，作者模拟了Fe³⁺掺杂和未掺杂的Co氢氧化物层结构（Fe-Co(OH)₂和Co(OH)₂）。由于静态排斥，M离子被M位点原子隔离，因此禁止在LDH层内形成Fe³⁺-O- Fe³⁺基序。在建模中，每个Fe八面体都被六个钴八面体包围。

Constructing hierarchical nanosheet-on-microwire FeCo LDH@Co₃O₄ arrays for high-rate water oxidation. Nano Res., 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-5094-8.

https://doi.org/10.1007/s12274-022-5094-8.

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