Synergistic Mo and W single atoms co-doped surface hydroxylated NiFe oxide as bifunctional electrocatalysts for overall water splitting, Applied Catalysis B: Environment and Energy, 358, 124356(2024)
Mo與W雙元單原子共摻雜之表面羥基化NiFe氧化物做為雙功能電催化劑應用於全電解水反應
Chih-Chieh Cheng, Yu-Chieh Ting, Fan-Yu Yen, Guan-Ru Li, Chih-Heng Lee, Kai-An Lee, Shao-I Chang, Hsin-Yi Tiffany Chen*, Shih-Yuan Lu*
2024/11/07
利用電催化水分解將間歇性的可再生能源轉化為氫能是邁向2050淨零碳排的關鍵技術之一。為了實現電解水製氫的工業化，開發高效穩定、以非貴金屬為基礎的電觸媒是降低成本並商業化的首要目標。本研究透過簡易快速的溶劑燃燒法，在泡沫鎳骨架沉積Mo和W雙元單原子共摻雜NiFe氧化物。隨後，在還原電勢下進行電化學活化，使羥基取代觸媒表面的晶格氧，以達到調控電子結構並提升催化活性的效果。活化後的觸媒稱為 FN-MoWact，將其應用於全電解水裝置（FN-MoWact//FN-MoWact），僅需 1.504 和 1.729 V的超低電壓即可分別達到 10 和 500 mA cm⁻²的電流密度，且於534 mA cm-2的初始電流密度連續操作100小時後電流密度僅衰減3.9%。本研究進一步探討表面羥基化與單原子摻雜促進析氧反應（OER）與析氫反應（HER）的機制。針對OER，研究發現材料的金屬－氧共價性與催化活性高度相關。透過O K-edge X-ray吸收光譜結合密度泛涵理論計算得出結論：表面羥基化與單原子摻雜適度降低了金屬－氧共價性，並創造了更多活性位點，縮小了OER關鍵步驟的自由能差，提升其催化OER之活性。針對HER，表面羥基化和單原子摻雜使表面金屬活性位點的d帶中心上移，使活性位點的氫吸附自由能更接近零，提升其催化HER之活性。本研究所開發的觸媒不僅展現了優異的催化表現，同時針對電子結構的探討也為電催化的材料設計開闢了新的方向。
研究動態
