析氧反应（OER）被广泛认为是能量转换和存储技术中的关键反应，包括水分解、可充电金属-空气电池和可再生燃料电池。它通常经历多电子和上坡反应途径，其中的过电势受到中间体如*O、*OH、*OOH吸附在活性位点上的不良吸附能的限制。然而，高活性 OER 电催化剂存在的动力学挑战阻碍了其大规模应用。

来自中国石油大学（华东）的学者受自然界光系统II的析氧簇的启发，通过一锅氧化还原合成在泡沫镍(NFCL(70)-LDH@NF)上原位生长构建了羧酸盐修饰的Li +掺杂的NiFe层状双氢氧化物。本文引入醋酸锂来调节电子结构并改善质子转移动力学，从而实现“一石两鸟”。目标产品在室温下（在 10和 100 mA cm -2下分别为159 和 224 mV ），并且在 1 M KOH 中表现出显着改善的 OER 性能以及显着降低的 Tafel 斜率（47.9 mV dec –1）。控制实验和理论计算表明，Li +的存在调节了局部电子结构并稳定了 OOH* 中间体。具体来说，羧酸盐配体作为促进质子转移效率的中继器，有着类似于光系统II 中的协同质子电子转移效应。此外，NFCL(70)-LDH @ NF 在模拟工业条件下保持了一个多月的优异性能。由Li +掺杂和醋酸盐改性协同触发的高性能探索为高效OER 的有机-无机杂化电催化剂的设计提供了启示。相关文章以“Two Birds with One Stone: Contemporaneously Boosting OER Activity and Kinetics for Layered Double Hydroxide Inspired by Photosystem II”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202202072

图1. a) 制备过程示意图。b) FESEM，c) HR-TEM 图像，和 d) NFCL(70)-LDH @ NF 的 SAED 图案。

图2. 电催化 OER 性能。a) 制备的催化剂和具有 iR 补偿的NF 底物的 LSV 曲线。b) 1 M KOH中不同 OER 催化剂在 10 mV 时的电流密度比较。c) 本文制备的催化剂的相应塔菲尔图。d) NF-LDH @ NF 和 NFCL(70)- LDH @ NF 的奈奎斯特图。e)制备的催化剂的Cdl。f) NFCL(70)-LDH @ NF 在 1 M KOH 中和在 100 mA cm -2的电流密度下的计时电位曲线。

图3. 所制备催化剂的 XPS 光谱。a) Li 1s，b) Ni 2p，c)Fe 2p，和 d) C 1s。

图4. a) 不同循环的 CV 测试后 NFCL(70)-LDH @ NF 的 Ex-Raman 光谱。b) NFCL(70)-LDH @ NF 的 *OH、*O 和 *OOH 中间体提出的 OER途径。c,d) NFCL(70)-LDH@NF 和NF-LDH@NF 的 pH 依赖性 LSV 曲线（插图显示 pH 依赖性）。

图5. a) NFCL(70)-LDH模型表面OER的吉布斯自由能图。b) *OOH 中间体对 NF-LDH、NFL-LDH 和NFCL(70)-LDH 的吸附能。c) OOH、OOH assisted NF-LDH (NF-LDH*OOH)、OOH assisted NFL-LDH (NFL-LDH*OOH) 和 OOH assisted NFCL(70)-LDH (NFCL(70)-LDH*OOH) 的 DOS ）。d） NF-LDH*OOH、NFL-LDH*OOH 和 NFCL（70）-LDH*OOH 模型中的 O-H 键的长度。e） NFCL（70）-LDH*OOH模型的差分电荷密度分布。

图6. 模拟工业条件（60 °C，6 M KOH）下的电化学测量。(a) NF-LDH@NF 和 NFCL(70)-LDH@NF 的 LSV 曲线。b) NFCL(70)-LDH @ NF 在电流密度为 1000 mA cm –2时的计时电位曲线。

图7. 在模拟工业条件（60 °C，6 M KOH）下整体水分解的电催化活性。a) 使用 NFCL(70)-LDH @ NF 作为阳极和 NFL-LDH @ NF 作为阴极进行水电解的双电极电池示意图。b)带 iR 补偿的 NFCL(70)- LDH @ NF (+) //NFL- LDH @ NF (-)电解槽的 LSV 曲线。c) NFCL(70)- LDH @ NF (+) //NFL- LDH @ NF (–)电解槽在连续分解水 30 天前后的 LSV 曲线。d) NFCL(70)-LDH @ NF 的 OER 法拉第效率测量，电流密度为 250 mA cm –2。

综上所述， 本文开发一种PS-II仿生策略，可大规模单罐氧化还原反应制备具有有机-无机杂化环境的先进OER电催化剂。一锅氧化还原反应确保了锂阳离子和乙酸盐成功引入Ni泡沫上支撑的NiFe-LDH中。对于所得的NFCL（70）-LDH，它只需要159 mV的过电位来驱动10 mA cm-2的OER电流密度，并实现显着降低的Tafel斜率，这远远优于大多数报道的电催化剂。Li+掺杂调节NiFe-LDH的电子结构，使其比中间体具有更好的吸附性。除了有助于优化开放式教育资源的RDS外，羧酸盐基团还用作质子转移载体，以协助*OOH的去质子化并确保改善动力学。在模拟工业条件下，它表现出非常出色的活性（1000 mA cm–2时为273 mV），以及超过1个月的出色稳定性。本研究丰富了NiFe-LDH在催化中的直接应用，提出了一种新颖的设计理念，允许CPET加速OER动力学，有助于AWE的低成本工业生产。(文：SSC)

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