電化學(xué)分解水是一種環(huán)境友好的產(chǎn)氧和氫技術(shù)，而電極關(guān)鍵因素，可以控制水分解的效率。盡管貴金屬如Pt，Ru和Ir可以實(shí)現(xiàn)高的能源效率，但高成本限制其在水分解中的應(yīng)用。因此，有必要開發(fā)有效的非貴金屬基電極材料以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的氫經(jīng)濟(jì)。在這里，報(bào)道了一種石墨烯封裝NiMo合金技術(shù)，在氫氧化鉀（KOH）水溶液中實(shí)現(xiàn)了高催化活性和高化學(xué)穩(wěn)定性。電化學(xué)分析表明，石墨烯的引入顯著增強(qiáng)了NiMo電極的析氧反應(yīng)（OER）活性和使用壽命，該性能與商業(yè)陽(yáng)極相當(dāng)。密度泛函理論計(jì)算表明，石墨烯的引入顯著降低了中間體在NiMo表面上的吸附能，從而增強(qiáng)OER活性。石墨烯封裝方法提供了一種有前景的電極設(shè)計(jì)思路以改善水分解電解槽的性能。
Figure 1.石墨烯封裝多孔NiMo合金的原理示意圖。（a）石墨烯封裝-NiMo基底的過程，（b）NiMo表面和石墨烯層上所推測(cè)的反應(yīng)機(jī)制，（c）電化學(xué)活化去除SiO2前后的SEM圖。
Figure 2. 石墨烯封裝-NiMo合金陽(yáng)極在無(wú)過渡金屬雜質(zhì)KOH電解液中的OER性能研究。（a）有/無(wú)石墨烯封裝的NiMo合金陽(yáng)極的LSV曲線，（b）各種NiMo陽(yáng)極的Tafel斜率，（c）雙電層電流作為CV掃速的函數(shù)關(guān)系，（d）沉積在泡沫鎳基底上的各種NiMo陽(yáng)極在循環(huán)1000圈CV前后的LSV曲線比較。
Figure 3. 石墨烯封裝-NiMo合金陽(yáng)極在有/無(wú)過渡金屬雜質(zhì)KOH電解液中的OER性能對(duì)比研究。（a）NiMo-FG/NF和NiMo-SMHG/NF在1.61 V vs. RHE電位下的計(jì)時(shí)電流曲線，（b）NiMo-FG/NF在循環(huán)1000圈CV前后的LSV曲線比較，（c）電流密度對(duì)循環(huán)圈數(shù)的依賴性，金屬Ni和Mo的溶出速率和雜質(zhì)的濃度變化，（d）多孔NiMo/NF循環(huán)1000圈CV前后的LSV曲線比較。
Figure 4. （a）中間體吸附的原子結(jié)構(gòu)，（b）在NiMo（100），多孔石墨烯/NiMo，和石墨烯/NiMo上發(fā)生OER過程對(duì)應(yīng)的DFT計(jì)算吉布斯自由能。
該研究工作由日本的筑波大學(xué)Yoshikazu Ito課題組于2019年發(fā)表在ACS Catalysis期刊上。原文：Effect of Graphene Encapsulation of NiMo Alloys on Oxygen Evolution Reaction（DOI: 10.1021/acscatal.9b04134）
