近日，贾德昌教授团队在Chemical Engineering Journal期刊（一区TOP，IF=13.4）发表题为“Coral-like FeCoNi alloy/layered double hydroxides/nickel foam for enhancing mass transfer in oxygen evolution reactions”的研究论文，卫增岩、贾德昌、段小明为论文共同通讯作者，团队成员马良为论文第一作者。
       该研究通过在泡沫镍上合成了珊瑚状FeCoNi合金/层状双氢氧化物复合电催化电极（FCNal/NF），构建了有利于气体传输的“V”型孔道结构，能够有效促进气液传质，防止高电流密度下催化剂的失活。在电化学水分解过程中，超亲水/超疏气表面有效降低了气泡对电极的附着。此外，孔隙中自发生成的气液流动可促进电解质与电化学活性位点的接触。因此，优化后的FCNal/NF电极展现出卓越的催化活性（在1 M KOH中，10 mA cm−2电流密度下过电位为166 mV），并在实验室条件（1 M KOH，室温）及严苛工业环境（30 wt% KOH，80 °C）下均表现出优异的耐久性。在阴离子交换膜水电解（AEMWE）测试中，FCNal/NF(+)||Pt/C/NF(-)电解槽分别仅需1.73 V和1.86 V电压，即可达到1000 mA cm−2和2000 mA cm−2的全解水电流密度，显示出其在工业应用中的潜力。
 

图1 使用电沉积方法构建具有珊瑚状结构的FCNal/NF电极示意图

        通过面沉积法构建的“V”型孔仿生结构电极具有核壳结构，内核为FeCoNi合金，外层为FeCoNi LDHs组分。外层的LDHs组分表现出超亲水/超疏气特性，这有利于微气泡与电极表面的粘附，使气泡能及时从电极表面脱离。内核的合金组分则在垂直方向为LDHs提供了导电性。研究通过有限元计算模拟了微气泡的演变过程。结果表明，气泡在“V”形孔道内以段塞流形式向外传输，气泡在管道内的运动产生的“活塞效应”促进了周围电解质流入孔道，从而加速了物质传递。由于孔道的非平行“V”形结构，内部气泡生成的压力具有向外分量，驱使气泡向外迁移。

 

图2 (a-c)平面电极上气泡的脱离速度；(d-i)“V”形微孔中气泡释放及电解液供给的速度；(j)和(k)为常规平面电极及“V”形微孔上气泡的受力分析示意图；(l)为在1 M KOH溶液中，FCNal/NF在1.23 V vs. RHE电位下的电场分布

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724097080?via%3Dihub