氧还原反应（OER）在水分解反应以及金属-空气电池中扮演着重要的角色。开发**的氧还原反应催化剂是目前的研究热点之一，水滑石是一类层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs，分子式为[M1-x2+Mx3+(OH)2]x+Ax/nn-·mH2O)，属于阴离子型层状材料
通过理论计算模型的模拟，探讨了以层状双金属氢氧化物（LDH）为载体的金属催化剂在氧还原反应（OER）中的催化活性及其内在反应机，以实验来验证理论。制备了负载单原子Au的NiFe LDH催化剂（sAu/NiFe LDH），并探究了其在OER反应中的活性。理论计算表明，反应的活性位点是负载在LDH之上的NiFe氢氧化物中的Fe，Fe被周围的CO32-以及H2O所稳定。Au单原子可以将电子传导至LDH，改变其电子分布状态，从而实现了OER催化性能的提升。
在理论计算过程中，使用密度泛函理论计算并辅以Hubbard-U模型（这个模型包含了色散相互作用：范德华力）来计算sAu/NiFe LDH催化剂在OER反应中的活性。结果表明，Au的引入，很大程度上降低了材料的过电势。通过对比sAu/NiFeOOH模型与sAu/NiFeOOH-NiFe LDH 模型的初试过电势，发现LDH基底也帮助降低了过电势，可能因为层板之间的CO32-离子帮助平衡氢氧化物的电荷，稳定了表面形成的NiFeOOH层（NiFeOOH对于OER过程的中间体具有吸附能）。
图1. （a）sAu/NiFe LDH的双层夹板模型；（b）sAu/NiFe LDH在OER中的反应路径，OH*、O*与OOH*是反应过程中的中间体；（c）sAu/NiFe LDH在OER反应过程中的自由能示意图。
为了验证理论计算得到的初步结论，作者制备了担载Au单原子的NiFe LDH催化剂。HADDF-STEM照片以及XANES的结果表明Au单原子的成功制备。ICP-MS给出了样品中的元素含量：Ni/Fe=7.3，Au的量占据总量的0.4 wt%。
图2. sAu/NiFe LDH的TEM照片（a），HADDF-STEM照片（b），EDS mapping图片以及Au的L3-edge的XANES谱图。
将所制备的sAu/NiFe LDH用于OER反应测试其催化活性（图3a）。当电流密度在10mA/cm2的时候，sAu/NiFe LDH的过电势在237mV，而所对比的NiFe LDH的过电势高大263mV（图3b）。循环2000次后，样品的催化活性并没有变化，表明催化剂超高的稳定性。
那么反应机理是什么样的呢？
原位红外光谱的测试表明，在OER反应过程中，会有部分LDH转化为氢氧化物，这与理论计算的结果相同。所形成的氢氧化物是OER反应的活性物种，而且在反应结束后也并不会再变回LDH。
图3. （a）. sAu/NiFe LDH、NiFe LDH和Ti mesh在1M KOH中的循环伏安曲线（CV）；（b）过电势与塔菲尔斜率；（c）循环2000次前后的极化曲线以及不同时间下的电流密度曲线；（d）不同电势下催化剂的拉曼光谱。
西安齐岳生物供应的层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，LDHs)相关定制产品：
层状双金属氢氧化物(Zn2A-l LDH)/聚乳酸(PLLA)纳米复合材料
纳米镁铝层状双氢氧化物/氧化石墨烯(MgAl-LDH/GO)杂化物
苯丁酸氮芥(CHL)-层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米杂化物
来曲唑-十二烷基硫酸钠(SDS)-层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米杂化物
苯丁酸氮芥-层状双金属氢氧化物(CHL/LDHs)纳米杂化物
甲氨蝶呤(MTX)-镁铝层状双氢氧化物(Mg-Al-LDH)纳米复合材料
有机-无机杂化层状双氢氧化物纳米复合物(CG-PRN-LDH)滴眼液,
镁铝层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米薄片(L-LDHs).
MgAl-TPN-十二烷基磺酸钠-层状双金属氢氧化物(MgAl-TPN-SDS-LDHs）纳米杂化物
来曲唑-十二烷基硫酸钠-层状双金属氢氧化物（SDS/LDHs）纳米杂化物
温馨提示：西安齐岳生物科技有限公司供应的产品仅用于科研，不能用于其他用途。
齐岳微信公众号
官方微信
库存查询