近日，bwin必赢张颜老师作为第一作者和通讯作者在国际能源类顶级期刊《Journal of Power Source》（影响因子：9.127）上以我院为唯一署名单位发表了题为“A General Strategy for Constructing Transition Metal Oxide/CeO2 Heterostructure with Oxygen Vacancies toward Hydrogen Evolution Reaction and Oxygen Evolution Reaction”的研究论文。该工作得到了中央高校基本科研业务费(2682020CX57)的资助。我院2020级硕士研究生廖婉怡和张光强分别为第二作者和第三作者。
氢气被认为是理想的能源载体，相比化石燃料，它具有高热值和清洁的巨大优势，是可代替化石燃料实现可持续发展的理想清洁能源。但是，目前亟待开发可持续的氢气制备方法（如太阳能制氢、电解水制氢等）。电解水由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应组成，开发高效廉价的催化剂降低电解水过程中的电能耗对实现电解水制氢的产业化至关重要。目前，由于酸性溶液中的H+对电解设备有腐蚀性，所以通常使用碱性溶液作为电解质分解水。同时，传统贵金属电催化剂（例如Pt、RuO2和IrO2等）的稀缺性和高成本限制了其商业化应用。因此，在碱性条件下探索廉价高效的HER和OER双功能电催化剂，以降低过电位并降低能耗，仍然具有挑战性和重大意义。
在此，通过一种简单而通用的策略，成功地合成了具有富氧空位的新型二维（2D）过渡金属氧化物（Co3O4或NiO）/CeO2异质结构（v-TMOs/CeO2 HSs）（图1）。当在碱性环境中应用于HER和OER时，Co3O4/CeO2和NiO/CeO2异质结构具有许多优异的性能。首先，独特的异质结构和丰富的氧空位赋予v-TMOs/CeO2 HSs较大的比表面积，这有助于暴露更多的活性中心，并增加催化剂和电解质之间的接触面积。第二，电子在异质结构界面两相之间的重新分布可以提高材料的本征催化活性。第三，CeO2纳米颗粒可以增强水的吸附，提高碱性HER和OER过程中的电子迁移率。同时，CeO2与Co3O4或NiO纳米颗粒之间的相互作用可以调节Co3O4或NiO纳米颗粒的外部电子结构，降低与反应物种的结合能。该工作不仅提供了一种有效合成异质结构催化剂的简单方法，而且为高效HER和OER非贵金属纳米材料的制备和发展方向提供了有价值的指导。
图1 v-TMOs/CeO2 HSs 的合成示意图
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230514
