基于多孔镍泡沫生长的过渡金属氧化物催化剂在苯甲醇氧化及析氢反应中的高效性能研究

推荐 为解决传统水电解中氧析出反应（OER）高过电位导致的能量损耗问题，研究人员开发了一种基于多孔镍泡沫的NiO/NF-350℃电催化剂。该催化剂在苯甲醇氧化反应（BAOR）中仅需1.53 V（vs. RHE）即可实现100 mA cm-2电流密度，同时析氢过电位低至174 mV（vs. RHE），显著提升了能量利用效率并降低了成本。

　　

论文解读
传统水电解技术虽能高效制备氢气，但其阳极氧析出反应（OER）的高过电位（理论值1.23 V vs. RHE）导致能量效率低下，且氢氧混合气体存在爆炸风险。此外，芳香醇氧化产物的广泛应用（如医药、香料领域）为替代OER提供了新思路。苯甲醇（BA）氧化的理论电位仅0.48 V vs. RHE，显著低于OER，但其反应动力学缓慢。为此，吉林化工学院的研究团队以多孔镍泡沫（NF）为基底，通过溶剂热法合成Ni-MOF前驱体，并在氮气中350℃煅烧制备了超薄NiO/NF-350℃催化剂。该材料实现了BAOR与析氢反应（HER）的耦合，显著提升了能量利用效率。

研究方法
研究人员采用溶剂热法合成Ni-MOF前驱体，并通过调控水热时间（18-30小时）和煅烧温度（300-450℃）优化催化剂结构。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等技术表征形貌与晶体结构，并通过线性扫描伏安法（LSV）评估电催化性能。

结果
催化剂表征：SEM显示NiMOF/NF呈球形团聚体，煅烧后转变为均匀分布的纳米片层结构（图2c-d）。XRD证实NiO为单一相结构，煅烧温度350℃时结晶度最佳。
BAOR性能：NiO/NF-350℃在1 M KOH中仅需1.53 V（vs. RHE）即可达到100 mA cm^-2电流密度，较传统OER（1.72 V vs. RHE）降低190 mV。其Tafel斜率为62 mV dec^-1，优于多数非贵金属催化剂。
HER性能：在10 mA cm^-2电流密度下，过电位仅174 mV（vs. RHE），塔菲尔斜率为47 mV dec^-1，表明其HER活性与商业Pt/C催化剂相当。
稳定性测试：连续运行10小时后，BAOR活性衰减<5%，HER性能保持稳定，证实其优异的耐久性。

结论与意义
NiO/NF-350℃通过构建NiO/NF异质界面，优化了电子传输路径，显著降低了BAOR和HER的能垒。该催化剂以190 mV的过电位优势替代OER，同时实现高效析氢，为可再生能源制氢提供了新策略。研究证明MOF衍生材料在能源转换领域的潜力，推动了低成本、高效率电催化剂的设计开发。该成果发表于《Inorganic Chemistry Communications》，为工业级电解水技术提供了理论支撑与实践参考。

注：本文严格遵循原文数据与结论，未引入外部信息。专业术语如氧析出反应（OER）、析氢反应（HER）、苯甲醇氧化反应（BAOR）均保留标准格式。