多维度纳米三元过渡金属氧化物用于双功能电解水制氢催化剂

由于低廉的成本、简易的制备方法和优异的电化学性能,过渡金属氧化物被认为是一种有前景的碱性电解水制氢催化剂,但其形貌的电化学性能研究目前尚少。本文设计了一种多维度（一维、二维）齿轮形貌的纳米过渡金属氧化物碱性电解水制氢催化剂（NF/NCFO-g）。在1M KOH溶液、100 mA cm^-2电流密度的条件下,NF/NCFO-g展现出了0.23 V的阳极过电位和0.29 V的阴极过电位,以及196 mV dec^-1（阳极）和233 mV dec^-1（阴极）的Tafel斜率,优于一维纳米针状结构（NF/NCFO-n）和二维纳米片状结构（NF/NCFO-s）催化剂。NF/NCFO-g具备优异的电催化性能得益于一维纳米针的“顶端优势”和二维片状结构的表面电荷效应的协同作用。“顶端优势”使得电荷大量聚集在尖端处,从而压缩了内层电容宽度,而二维表面电荷有助于形成更多的氧空位活性位点,进而优化过渡态的反应能量。此外,在高电流密度下,一维纳米针结构能够增强亲水性而减小气泡半径,从而加速了气泡的释放。