隨著化石燃料的消耗以及引發(fā)的環(huán)境污染問題，尋找替代能源已經成為當今社會面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，可再生能源的利用和存儲得到越來越多的關注。水裂解制氫是一種清潔、高效、無污染的可再生能源制取技術，因此被認為是解決能源危機的有效途徑。然而在產氫和產氧過程中，復雜的電子轉移和遲緩的動力學過程限制了水裂解的大規(guī)模應用。目前，商用的電催化劑主要是以金屬鉑、氧化銥或者氧化釕等貴金屬為主，昂貴的價格同樣限制了水裂解的應用。與此同時，粉末材料催化劑在使用過程中需要添加有機粘接劑，可能會導致體系內阻增大、減少使用壽命，而且難以循環(huán)使用。因此，尋找高效、可重復使用的廉價金屬催化劑成為實現(xiàn)水裂解應用的必經之路。

針對以上問題，中佛羅里達大學的Kun Liang博士和Yang Yang教授等人利用簡單有效的電化學方法制備出NiFeOF多孔薄膜催化材料，無需使用有機粘接劑和集流體成功實現(xiàn)了水的全解。NiFeOF薄膜含有大量相互連接的多孔結構，增大電化學的活性面積，提供更多的反應活性位點。內部存在的NiFe合金框架提高了材料的導電性，促進了電子轉移速率和動力學擴散過程。與此同時，Ni元素和Fe元素的協(xié)同作用同樣提高了催化劑的電化學活性。到目前為止，這是雙金屬氧氟化物在電催化全解水領域首次的應用報道。相關研究成果發(fā)表在ACS Catalysis 上，Kun Liang博士為論文的第一作者，Yang Yang教授為通訊作者。

圖1. （a）材料制備流程；（b）（c）斷面和表面的SEM成像；（d）（e）原子探針層析顯微鏡圖像（綠色代表Ni原子、紫色代表Fe原子、白色代表O原子、紅色代表F原子）。

通過電化學測試，NiFeOF多孔薄膜材料在pH = 14的強堿性電解液中表現(xiàn)出優(yōu)異的電解水活性，在三電極測試體系中獲得10 mA•cm-2的電流密度需要295 mV的產氧過電位和253 mV的產氫過電位。在兩電極測試體系下，獲得10 mA•cm-2的電流密度僅需要1.83V的電壓，同時表現(xiàn)出超強的穩(wěn)定性。該工作為尋找高效可循環(huán)利用的廉價金屬催化劑提供新的途徑。

?

圖2. 電化學活性表征：（a）產氧反應的極化曲線；（b）產氫反應的極化曲線；（c）全解水反應的極化曲線；（d）穩(wěn)定性測試曲線。

該論文作者為：Kun Liang, Limin Guo, Kyle Marcus, Shou-Feng Zhang, Zhenzhong Yang, Daniel E. Perea, Le Zhou, Yingge Du and Yang Yang