过渡金属层状双氢氧化物电催化剂研究进展

过渡金属层状双氢氧化物(LDHs)是一类典型的层状功能材料,由于结构、形貌和组成的广泛可调性以及独特的物理化学性质,使其在电化学能量储存和转化方面有着广泛的应用,尤其是在电催化水解领域发挥着重要的作用。目前对于设计同时具有低成本和高电化学活性与稳定性的过渡金属基电极材料仍然存在诸多的挑战,而LDHs材料的出现为设计这类材料提供了无限的可能。主要归纳了近期LDHs基电极材料在电催化水解中的研究进展。除此之外,也针对材料的设计和性能等方面存在的问题以及对未来的研究方向等进行了预测和展望。

一步法合成二维Ti_(3)C_(2)及其电化学性能研究

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)是一种新型二维材料,可通过从MAX相前体中选择性刻蚀A原子层获得。在传统制备MXene的方法中,常用的刻蚀剂是氢氟酸。然而高浓度氢氟酸的使用,不可避免会带来安全问题,甚至破坏MXene的晶体结构,从而限制本征物理化学性能。从典型的碳化物前体Ti_(3)AlC_(2)出发,使用NH_(4)BF_(4)作为刻蚀剂,有效降低体系中酸的使用量;在反应过程中,刻蚀A层的同时,NH_(4)^(+)进入堆垛层间,扩大层间距,弱化层间作用力。因此,仅通过简单手摇就可以实现高效剥离,得到具有完整晶体结构的二维Ti_(3)C_(2)。进一步测试了Ti_(3)C_(2)的电化学性能,结果显示,所得的Ti_(3)C_(2)具有优异的性能(扫描速率为5 mV·s^(-1)时为503 F·g^(-1))和循环稳定性(在5 A·g^(-1)下循环10^(4)次后电容保持率为95.8%)。本文为Ti_(3)C_(2)纳米片的合成及应用提供了新的思路。

Mn掺杂Co-Al金属氢氧化物的制备及其全解水电化学性能

以Co基氢氧化物为基础用异质元素掺杂方式引入Mn并与Co协同,制备出Mn掺杂Co-Al层状双金属氢氧化物(Mn-CoAl LDH)。在1 mol/L的KOH碱性电解质中,电流密度达到10 mA·cm^(-2)时Mn-CoAl LDH的全解水电势为1.66 V,其性能远优于Co-Al层状双金属氢氧化物(CoAl LDH)、Ni_(2/3) S_(1/3)/Nickel Foam(1.76 V)和已经商业化的Pt/C(1.75 V)。这表明,Mn-CoAl LDH催化剂在碱性环境下具有较高的析氢和析氧活性,是一种低成本高性能的双功能电催化剂。