化石燃料(如石油、煤炭和天然氣)的枯竭和溫室氣體造成的全球氣候變化促使世界各地的研究人員尋找清潔和可持續(xù)的能源。析氧反應(yīng)(OER)是許多環(huán)保的能源技術(shù)的關(guān)鍵反應(yīng)，如水分解、金屬-空氣電池和可充電燃料電池。然而，由于OER的復雜過程，它的動力學過程是十分緩慢的，這也嚴重限制了需要OER的能源系統(tǒng)的發(fā)展率。

由于OER動力學緩慢，其在很大程度上依賴于所使用的催化劑，因此，海南大學You Chenghang、吳道雄和田新龍(共同通訊)等人制備了一種廉價的Ag修飾的非晶態(tài)催化劑，并實現(xiàn)了高效OER。

本文通過對制備的催化劑進行性能測試發(fā)現(xiàn)，當Ag被引入到催化劑后，催化劑的OER性能大大提高。在得到的四種催化劑中，NTACo-50Ag(PO)具有最優(yōu)異的OER性能，在10和100 mA cm^-2的電流密度下的過電位低至0.17和0.25 V，且具有最低的Tafel斜率(64.3 mV decl^-1)以及最高的轉(zhuǎn)換頻率(TOF，334.7 s^-1)。

據(jù)研究，這也是最近報道的最優(yōu)異的鈷基OER催化劑之一。Ag的引入除了增強了催化劑的OER性能，還提高了催化劑的穩(wěn)定性。經(jīng)過近27小時的連續(xù)測試，NTACo-50Ag(PO)保持了其93.1%的初始性能，而NTACo(PO)在相同的測試條件下性能下降了27.9%。更重要的是，當NTACo-50Ag(PO)作為空氣電極在金屬-空氣電池中使用時，產(chǎn)生了出色的充電性能，其充電電流密度(150.6 mA cm^-2)幾乎是使用混合催化劑(Pt/C+Ir/C)的金屬-空氣電池的兩倍。

此外，使用NTACo-50Ag(PO)的金屬-空氣電池也表現(xiàn)出較高的循環(huán)充放電穩(wěn)定性，經(jīng)過330小時的連續(xù)測試，NTACo-50Ag(PO)+Pt/C的金屬-空氣電池幾乎保持住了其初始性能。NTACo-50Ag(PO)優(yōu)異的OER性能是其出色的充電性能和高循環(huán)充放電穩(wěn)定性的原因，本文的工作者也相信這將使其在實際應(yīng)用中具有可行性。

為了理解Ag的引入對催化劑電子結(jié)構(gòu)以及催化性能的影響，本文首先分析了催化劑的XPS譜圖。通過催化劑的Ag 3d譜圖可以發(fā)現(xiàn)，在三種含Ag的催化劑中均可以檢測到Ag(0)和Ag(I)，并且在三種含Ag的催化劑中，NTACo-75Ag的Ag含量最高(46.7 at%)，NTACo-25Ag和NTACo-50Ag的金屬Ag含量分別為27.8和29.5 at%。與Ag和Ag₂O相比，所有含有Ag的催化劑的結(jié)合能均發(fā)生負向偏移，這表明Co和Ag之間存在相互作用。

為了進一步驗證Ag和Co之間的相互作用，本文還進行了密度泛函理論(DFT)計算。計算結(jié)果表明，Ag d和Co d軌道的態(tài)投影密度(pDOS)是自旋極化的，在-6.5 eV~-2.5 eV范圍內(nèi)，Ag d和Co d軌道之間存在軌道雜交，驗證了制備的催化劑中Ag和Co之間具有相互作用。

總之，根據(jù)實驗結(jié)果以及表征結(jié)果可以說明，Ag的引入使得催化劑具有更好的電導率、更大的活性比表面、更高的Co³⁺含量，這被認為是催化劑具有優(yōu)異的OER性能和穩(wěn)定性的原因。本文的工作為未來設(shè)計高性能的OER催化劑提供了思路。

Silver-Decorated Amorphous Cobalt Hydr(oxy)oxide as Highly Active Catalyst for Oxygen Evolution Reaction, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.142253.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142253.