探索具有最佳電子結構的電催化劑，并了解其電子結構和活性之間的關系，對于設計先進的OER催化劑至關重要。最近，將納米碳材料引入LDHs已經被證明是提高OER活性的一種有效方法，但是，深入了解電子結構調節活性的相關機制仍然是一個巨大的挑戰。這里，通過吸附石墨烯量子點（GQDs），調節了鎳基層狀雙氫氧化物（NiM-LDHs（M = Fe，Co，Mn））的表面電子結構。鎳基LDH/GQD顯示出增強的OER活性，尤其是NiFe LDH/GQD在10 mA cm-2電流密度時，僅需要189 mV的過電勢，此外在可充電鋅空氣電池測試中也顯示出優異的性質。結合理論計算和X射線光電子能譜，將如此好的OER活性歸因于NiFe LDH和GQD之間的強相互作用，這會改變金屬離子周圍的電荷分布并觸發鎳活性物種的電荷累積。
Figure 1.（a-b）鎳基LDH/GQDs納米片陣列合成步驟及原理示意圖。（c-e）不同樣品的SEM圖像（插圖是對應的放大圖）。（f-h）EDS映射圖像。（i-l）不同樣品的TEM和HRTEM圖像。
Figure 2. XPS數據分析。鎳基LDH/GQD電催化劑的XPS光譜：（a）NiFe LDH和NiFe LDH@GQD的Ni 2p和（d）Fe 2p XPS光譜；（b）NiCo LDH和NiCo LDH@GQD 的Ni 2p和（e）Co 2p XPS光譜；（c）NiMn LDH和NiMn LDH@GQD NiMn的Ni 2p和（f）Mn 2p XPS光譜。
Figure 3. 不同催化劑的電化學性質表征。包括循環伏安曲線，極化曲線，Tafel斜率，長期的穩定性測試等。
Figure 4. 鋅空氣充電電池的電化學性能：（a）鋅空氣電池的示意圖；（b）NiFe LDH/GQD 鋅-空氣電池的極化曲線和功率密度曲線， （c）在10 mA cm-2下獲得恒電流充放電循環測試；（d）放大的循環圖像（第60周期至第70周期）。
該研究工作由重慶大學Chaohe Xu課題組于2021年發表在Nano Energy期刊上。原文：Electrostatic adsorbing graphene quantum dot into nickel–based layered double hydroxides: electron absorption/donor effects enhanced oxygen electrocatalytic activity。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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