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钴掺杂层状镍铁双金属氢氧化物纳米片/碳纤维(NiFeCo-LDH/CF)复合催化剂的合成及研究

发布时间：2021-05-17 作者：axc 分享到：

沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF-67）是**的金属-有机骨架材料，本研究工作通过牺牲生长在碳纤维（CF）上的ZIF-67作为钴源和表面活性剂，在CF上一步原位共沉淀多金属阳离子来制备具有分级结构的NiFeCo-LDH/CF复合材料，实现该材料电催化OER活性和稳定性的协同提升。

一种钴掺杂的层状镍铁双金属氢氧化物纳米片/碳纤维（NiFeCo-LDH/CF）的复合催化剂，具有理想的电催化析氧（OER）性能。扩展X射线精细结构分析表明，Co取代可以稳定Fe的局部环境并促进NiFeCo-LDH/CF中的π对称键合轨道，达到优化NiFe-LDH电子结构的效果。进一步结合复合材料分级结构中大量暴露的表面活性位点优势以及CF辅助提升材料的电荷转移速率，所得NiFeCo-LDH/CF材料表现出的OER性能。在电流密度为10 mA cm^-2时，该催化剂的析氧过电位低至249 mV，并且循环稳定性很好

【图文解析】

图1. NiFeCo-LDH/CF复合电催化剂的合成过程示意图。

NiFeCo-LDH/CF复合电催化剂的合成如图1所示。以ZIF-67、Ni²⁺、Fe³⁺和CF作为前驱体，利用一步溶剂热反应，成功在CF上实现镍铁钴三种金属离子的共沉淀，获得具有管状卷曲纳米片结构的NiFeCo-LDH/CF复合材料。

图2. NiFeCo-LDH/CF材料的（a）SEM图、（b-d）TEM和HRTEM图以及（d，f）HAADF-STEM图和对应的元素mapping图。
SEM和TEM图表明NiFeCo-LDH/CF由大量卷曲纳米薄片堆叠于CF上构成，其中纳米片厚度约为3.5-4.9 nm（图2a-b）。HRTEM、HAADF-STEM以及元素mapping图清晰地揭示了NiFeCo-LDH/CF的分级立体结构，并且证实Ni、Fe、Co三种元素在该材料中的均匀分布（图2c-f）。

图3. NiFeCo-LDH/CF材料与对比样品的（a）XRD谱图、（b）FT-IR图和（c, d）N₂吸附/脱附等温线及对应的孔径分布图。

如图3a的XRD谱图所示，NiFeCo-LDH/CF材料的衍射峰位与NiFe-LDH相对应，表明NiFeCo-LDH/CF结晶性良好，并且Co的掺入未引起晶体结构的明显变化。FT-IR图谱显示NiFeCo-LDH/CF中没有二甲基咪唑的咪唑环弯曲振动，说明材料合成过程中二甲基咪唑仅起到表面活性剂的作用（图3b）。

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