在最近发表在ACS Applied Energy Materials杂志上的一篇文章中，研究人员讨论了通过对 NiFe 泡沫进行阳极氧化来开发用于析氧反应 (OER) 的高效且稳定的电极。
背景
化石燃料稀缺，它们对环境的危害使人们有必要使用清洁、可持续的能源。存储各种能源的一种有前途的方法是分解水以大规模制造分子氢。
然而，水分解的瓶颈是通过水氧化反应的 OER。Ru4和Ir5化合物是OER的有效催化剂，但它们过于昂贵且稀缺而无法广泛使用。Ru和Ir的高成本不是主要问题，因为薄的IrO 2 - 或RuO 2基催化剂很容易获得且价格低廉。然而，由于它们在地壳中的缺乏，它们应该得到补充。
NiFe（氢）氧化物在碱性溶液中用作 OER 催化剂。NiFe 和其他金属（氢）氧化物已使用多种技术合成用于 OER。根据某些研究，增强金属-金属氧化物的接触可以显着提高催化活性。金属和金属氧化物之间产生的界面有利于应变产生、电子转移、氧吸附能量改性以及电子向金属氧化物的转移。
科学家模拟超导泡沫
在这项研究中，作者讨论了在双电极系统中在 60 V 下进行严重阳极氧化后，NiFe 泡沫作为一种有效且稳定的电催化剂的发展。几种技术用于表征在 NiFe 泡沫表面形成的 NiFe 氧化物。这些技术证明了在 NiFe 泡沫表面上存在几种 NiFe（氢）氧化物，包括 NiO、Ni(OH) 2和 NiO(OH)。
该团队证明，在 KOH 溶液 (1.0 M) 中制备的电极的 OER 开始时的过电位为 220 mV。分别在 290、346 和 500 mV 观察到1、10 和 100 mA/cm 2活动的过电位。裸泡沫通过稳定的 NiFe 氧化物层防止进一步氧化，从而产生稳定的 OER 电催化剂。
研究人员使用阳极氧化作为一种快速简便的方法来创建使用 NiFe（氢）氧化物纳米结构的 NiFe 泡沫表面。Fe 与 Ni 的比例为 150，这足以防止形成大量的 Fe 氧化物。然而，该比率足以防止在阳极氧化的 NiFe 泡沫表面上发生 Fe 耗尽。Fe 氧化物合成的增加或 Fe 的显着减少导致 NiFe（氢）氧化物的 OER 降低。
观察
OER在50 mA/cm 2的电流密度下快速移动，并且在电极表面没有明显聚集的情况下产生气泡。在过电位分别为 290、346 和 500 mV 时，电流密度分别为 1、10 和 100 mA/cm 2。电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 表明，在 1.61 V 计时电流法 10 小时后，电解液中没有发现 Fe 或 Ni。阳极氧化泡沫的 OER 活性是 1.55 V 新鲜泡沫的四倍。根据 Brunauer、Emmett 和 Teller (BET) 方法，新鲜和阳极氧化电极的总比表面积分别计算为 3.7 和 10.3 m 2 .g -1。
新鲜和阳极氧化电极的颗粒孔径范围为 3.2 至 30 nm。在 1.61 V 下通过计时电流分析测量的新鲜 NiFe 泡沫的电流密度值为 11.4 mA/cm 2 ，当搅拌溶液时电流密度值增加到 17.9 mA/cm 2 。在不搅拌的情况下，观察到 17 mA/cm 2的电流密度持续 24 小时。氧计量实验和计时电流法相结合，利用荧光直接感应阳极氧化镍铁泡沫的析出氧。这表明前 500 秒的法拉第效率为 75%，但之后超过 90%。
阳极氧化电极在 pH 14 时的 Tafel 图表明，Log(j) 与过电势呈线**，斜率低至 56.8 mV 每十倍频程。根据基于电化学活性表面积 (ECSA) 或 BET 方法的校正循环伏安法 (CV) 图，阳极氧化泡沫的活性位点数量而不是每个位点的活性量增加。然而，在 220–250 mV 范围内的低过电势下，基于 BET 和 ECSA 的调整后 CV 显示出阳极氧化电极比新鲜泡沫更高的活性，因为与新鲜泡沫相比，阳极氧化电极表面上的 Fe 浓度更高电极。
结论
总之，这项研究表明，创造可靠和有效的 OER 催化剂对于将绿色能源技术推向市场至关重要。通过使用阳极氧化，在一个简单的一步过程中，纳米结构的 NiFe 氧化物在 NiFe 泡沫的表面上产生。
使用多种技术对 NiFe 氧化物进行了表征，这表明在阳极氧化过程中会产生各种 NiFe 氧化物。
