層狀雙氫氧化物(LDHs)作為析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)的非貴金屬電催化劑顯示出巨大的潛力。它們獨(dú)特的組成和結(jié)構(gòu)特性決定了它們作為催化劑的效率和穩(wěn)定性。在本研究中，CoCuFe-LDH復(fù)合材料通過(guò)成本效益高且簡(jiǎn)單的一步水熱工藝在石墨烯(G)上生長(zhǎng)。采用2水平全因子模型來(lái)確定Co(1.5、3和4.5 mmol)和石墨烯(10、30和50 mg)濃度對(duì)OER和HER發(fā)病潛力的影響，這是選擇的響應(yīng)變量。使用Co
[3]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[30](中心點(diǎn))評(píng)估三個(gè)副本的OER和HER活性變異，分別確定為0.01%和0.02%。統(tǒng)計(jì)分析表明，Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]和Co
[1.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]分別在1.52 V和- 0.32 V (V vs RHE)時(shí)，OER和HER的起始電位最低，表明高鈷濃度可以提高OER的性能，而低鈷濃度則可以達(dá)到最佳的HER催化效果。此外，三金屬?gòu)?fù)合材料表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在24 h內(nèi)催化活性的損失可以忽略不計(jì)。
圖1. 不同Co(NO
3)
2摩爾比和石墨烯量制備樣品的偏振曲線(a) OER和(b)推導(dǎo)出的Tafel斜率;(c) HER和(d)導(dǎo)出的Tafel斜率。
圖2. (a) Co和g的二維梯度上的預(yù)測(cè)OER和(b) HER。觀測(cè)值以灰色點(diǎn)的形式顯示，其大小與觀測(cè)值成正比。點(diǎn)被輕微抖動(dòng)以方便可視化。
圖3. Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]的XPS:(a)測(cè)量，(b) Co 2p， (c) Cu 2p， (d) Fe 2p， (e) O 1s， (f) C 1s。
圖4. Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]在不同放大倍數(shù)(a) 10 μm， (b) 5 μm， (c) 3 μm， (d) 1 μm下的Fe - SEM圖像;(e-g) Co、Cu、Fe元素圖。
圖5. (a) Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH和Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]的XRD譜圖和(b) FTIR譜。
圖6. (a)對(duì)照材料的OER極化曲線和(b) Tafel斜率;(c)對(duì)照材料的HER極化曲線和(d) Tafel斜率。
圖7.控制材料的電化學(xué)阻抗(等效電路模型如圖所示)。在1 × 10
6至0.007 Hz的頻率范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)，使用1.59 V和- 0.41 V的固定電位，分別對(duì)應(yīng)于OER和HER的10 mA cm
-2。
利用Co
[1.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]， HER數(shù)據(jù)顯示出粉紅色的痕跡。
圖8. (a) Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]和(b) Co
[1.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]在10 mA cm
-2下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性試驗(yàn);(c) OER和(d) HER穩(wěn)定性試驗(yàn)前后的極化曲線。
圖9.石墨烯納米片玻璃碳電極(GCE)和Co
[4.5]Cu
[3]Fe
[3]-LDH/G
[10]的GCE緩沖液(pH 7.0)循環(huán)伏安法。
相關(guān)研究成果由埃里克西大學(xué)
Daniele Alves課題組2024年發(fā)表在
ACS Applied Materials & Interfaces (鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c10870)上。原文：Factorial Optimization of CoCuFe-LDH/Graphene Ternary Composites as Electrocatalysts for Water Splitting
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
