電化學分解水是一種環(huán)境友好的產(chǎn)氧和氫技術，而電極關鍵因素，可以控制水分解的效率。盡管貴金屬如Pt，Ru和Ir可以實現(xiàn)高的能源效率，但高成本限制其在水分解中的應用。因此，有必要開發(fā)有效的非貴金屬基電極材料以實現(xiàn)可持續(xù)的氫經(jīng)濟。在這里，報道了一種石墨烯封裝NiMo合金技術，在氫氧化鉀（KOH）水溶液中實現(xiàn)了高催化活性和高化學穩(wěn)定性。電化學分析表明，石墨烯的引入顯著增強了NiMo電極的析氧反應（OER）活性和使用壽命，該性能與商業(yè)陽極相當。密度泛函理論計算表明，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OER活性。石墨烯封裝方法提供了一種有前景的電極設計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的反應機制，（c）電化學活化去除SiO2前后的SEM圖。
Figure 2. 石墨烯封裝-NiMo合金陽極在無過渡金屬雜質(zhì)KOH電解液中的OER性能研究。（a）有/無石墨烯封裝的NiMo合金陽極的LSV曲線，（b）各種NiMo陽極的Tafel斜率，（c）雙電層電流作為CV掃速的函數(shù)關系，（d）沉積在泡沫鎳基底上的各種NiMo陽極在循環(huán)1000圈CV前后的LSV曲線比較。
Figure 3. 石墨烯封裝-NiMo合金陽極在有/無過渡金屬雜質(zhì)KOH電解液中的OER性能對比研究。（a）NiMo-FG/NF和NiMo-SMHG/NF在1.61 V vs. RHE電位下的計時電流曲線，（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，（b）在NiMo（100），多孔石墨烯/NiMo，和石墨烯/NiMo上發(fā)生OER過程對應的DFT計算吉布斯自由能。
該研究工作由日本的筑波大學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）
