二維納米材料合成新型電解水催化劑

    近日，中科院理化所研究員張鐵銳團(tuán)隊(duì)成功合成一種高效電解水催化劑，實(shí)現(xiàn)了低電壓下高效活化水分子，為未來(lái)解決氫能危機(jī)提供了可能。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》（JournaloftheAmericanChemicalSociety,JACS）上?！　?br />
　二維納米材料因?yàn)榫哂歇?dú)特的超薄納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的導(dǎo)電性，引發(fā)了材料學(xué)家的廣泛關(guān)注。而水滑石（LDH）作為自然普遍存在的礦物黏土，其結(jié)構(gòu)可控、易于工業(yè)化，已在瀝青耐老化紫外阻隔劑、塑料農(nóng)膜紅外吸收劑、PVC熱穩(wěn)定劑以及涂料、工業(yè)廢水吸附劑、工業(yè)催化劑等方面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
　　
　多年來(lái)，張鐵銳帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞一種被稱為“水滑石（LDH）”礦物黏土的納米結(jié)構(gòu)開(kāi)展了深入研究。該項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控水滑石前體形貌，經(jīng)高溫煅燒合成了超薄超小NiO/TiO2異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
　　
　據(jù)該論文第一作者趙宇飛博士介紹，這一結(jié)構(gòu)在電催化分解水產(chǎn)氧方面展現(xiàn)了優(yōu)越的催化性能。精細(xì)結(jié)構(gòu)表征表明，這一結(jié)構(gòu)不僅具有活性面，還伴隨了鎳空位的存在，有利于和水分子的鍵合。而異質(zhì)結(jié)構(gòu)豐富的界面則進(jìn)一步促進(jìn)了電催化分解水產(chǎn)氧的反應(yīng)進(jìn)行。
　　
　同時(shí)，研究證實(shí)，該催化劑合成方法簡(jiǎn)單、采用自然界儲(chǔ)量豐富的非貴金屬作為原料，所獲得的超薄超小NiO材料在電催化分解水、電容器等方面具有應(yīng)用價(jià)值，也適用于制備其他金屬氧化物納米片電催化劑。
　　
　此前，該研究小組通過(guò)調(diào)控水滑石納米材料的堆疊厚度，實(shí)現(xiàn)了光催化還原二氧化碳。并以水滑石為載體，通過(guò)高溫氨化，實(shí)現(xiàn)了全分解水納米Ni3FeN電催化劑，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。研究人員還通過(guò)高溫還原制備了界面豐富的Ni/NiO異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，在可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)CO加氫制備高級(jí)烴方面實(shí)現(xiàn)了突破。此外，研究人員還圍繞水滑石基納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈?、氧化物的拓?fù)溥^(guò)程，從原子層次深入揭示了催化材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)，所獲得的催化材料在光電催化方面顯示了極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)可調(diào)優(yōu)勢(shì)，為設(shè)計(jì)高性能光電催化材料提供了思路。
　　
　相關(guān)研究工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委青年基金項(xiàng)目、國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃-青年拔尖人才支持計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重大突破項(xiàng)目的大力支持。