天大Small: 促进NiFe-LDH催化海水电解的高耐蚀性，PO43-功不可没！

2022年11月24日上午12:21 • 顶刊解读

近年来，可持续海水电解生产氢气引起了人们的广泛关注。考虑到Cl^–通过覆盖催化剂对金属基体的腐蚀作用，负载在金属载体上的传统Ni(II)Fe(III)层状双氢氧化物(NiFe-LDH)作为良好的析氧催化剂，不能直接用于海水电解。因此，解决海水电解过程中的电极腐蚀问题迫在眉睫。

基于此，天津大学孙洁课题组提出了一种在NiFe-LDH中嵌入PO₄^3-的防腐蚀策略，其中嵌入高负电荷的PO₄^3-可以通过静电排斥作用防止Ni载体的Cl^–腐蚀。

首先，研究人员通过密度泛函理论(DFT)计算，揭示了不同离子插层对NiFe-LDH层间Cl^–迁移的影响。结果表明，与无阴离子插层的NiFe-LDH和分别插层了OH^–和CO₃^2-的NiFe-LDH相比，PO₄^3-插层的NiFe-LDH(PO₄^3-/NiFe-LDH)对Cl^–的排斥力最强，说明PO₄^3-可以提高金属载体的耐蚀性。

根据理论计算结果，研究人员采用电化学插层的方法成功将PO₄^3-插入到NiFe-LDH的夹层中，并且经过PO₄^3-插层后，NiFe-LDH的形貌和层状结构得以保持。在超高浓度NaCl(1 M NaOH+2M NaCl)的碱性电解液中进行OER，PO₄^3-/NiFe-LDH的寿命是原始NiFe-LDH的100倍以上。

此外，在400mA cm^-2电流密度下OER反应20min后，NiFe-LDH的阵列结构明显分离，但PO₄^3-/NiFe-LDH的阵列结构几乎没有变化，表明PO₄^3-/NiFe-LDH中的Cl^–腐蚀过程严重减弱，说明PO₄^3-插层在海水电解过程中起着抑制金属载体受到Cl^–腐蚀的重要作用。

High Corrosion Resistance of NiFe-Layered Double Hydroxide Catalyst for Stable Seawater Electrolysis Promoted by Phosphate Intercalation. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202203852

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