Page 159 - 《精细化工》2022年第3期

第 3 期 卫学玲，等: 快速界面法制备 FeOOH@CoNi-LDH@NF 用于高效析氧 ·581·

近期与本研究类似的 FeCoNi 基 OER 催化剂驱
2
动 100 mA/cm 电流密度所需过电势和 Tafel 斜率对
比如图 7 所示。从图中可以直观地看出，在 pH 为
14 的碱性电解液中，Fe@CN-2 在驱动 100 mA/cm 2
电流密度时所需过电势仅为 291 mV，Tafel 斜率
（48 mV/dec）低于文献报道的催化剂。因而，本研
究合成的 Fe@CN-2 具有性能优势。

NSs—Nanosheets
图 6 电极的 LSV 曲线（a）、Tafel 斜率（b）、过电势（c） 图 7 FeCoNi 基 OER 催化剂催化性能对比
及 TOF（d） Fig. 7 Comparison of catalytic performance with other
Fig. 6 LSV curves (a), Tafel slopes (b), overpotential (c) reported FeCoNi-based OER electrocatalysts
and TOF (d) of electrodes
为了探究催化剂的电化学动力学，在 1.55 V vs. RHE
依据 Tafel 方程 [21] 计算出 Tafel 斜率。Tafel 斜率 电位下测定电极的电化学交流阻抗，利用阻抗拟合
越小，说明催化剂的反应动力学性能越好。 软件对数据进行拟合，结果见图 8a。半圆直径表示
WASALATHANTHR 等 [22] 认为，在碱性介质中 OER 电荷转移电阻（R ct ），曲线与实轴的交点表示电解液
与表面吸附中间体 MOH 和 MO（M 表示催化剂表 及电极表面的欧姆电阻（R s ），数值越小说明电荷转
—
面活性位点）有关，步骤如下：M+OH →MOH+e — 移过程中受到的阻力越小。
—
—
（Tafel 斜率＞120 mV/dec）；MOH+OH →MO +H 2O 图 8a 中，测试频率区域内 EIS 呈现规则的半圆
—
（Tafel 斜率在 60~120 mV/dec 之间）；MO →MO+e — 弧，说明在固、液两相界面上发生了水分子的分解
（Tafel 斜率＜60 mV/dec）；2MO→2M+O 2 。不同电 反应。对比可知，Fe@CN-2 的拟合半圆直径最小，
极的 Tafel 斜率见图 6b，其中 Fe@CN-2 的 Tafel 斜 具体数值如图 8b 所示。R s 存在差异原因可能与催化
率为 48 mV/dec，说明该电极的限速步骤是对 MO — 剂的形貌以及电解水的过程产生气体的剧烈程度不
的转换，且其数值小于其他电极，因此，具有最佳 同有关。NF、CN、Fe@CN-1、Fe@CN-2、Fe@CN-3
的 OER 动力学性能。 的 R ct 分别为 29.92、3.01、1.21、0.94 和 1.09 Ω，因
而，Fe@CN-2 增强了法拉第过程中固液界面的离子
依据 LSV 曲线获得如图 6c 所示的电流密度与
传输能力。通常，催化剂的催化性能与暴露的电化
过电势（η）关系图，以更直观地比较不同催化剂
学活性面积（ECSA）有关，该指标反映了参与电解
在达到相同电流密度时需要的过电势。驱动 10、50
2
和 100 mA/cm 的电流密度，Fe@CN-2 所需过电势 水过程的实际面积，其面积越大，为反应提供的活
性位点越多，催化性能越好。
比其他催化剂都低，说明其催化本征活性较高。假

设催化剂表面的所有物质都具有催化活性，利用
TOF 衡量催化剂反应的速率并评价单位时间内单个
活性位点的转化数 [23] ，其数值越大催化剂本征活性
越好。图 6d 为不同催化剂在不同过电势下的 TOF
值。可以看出，TOF 变化趋势与表观 OER 活性相同
（图 6a），在 100 和 200 mV 的过电势下，Fe@CN-2
–1
的 TOF 值分别为 0.025 和 0.039 s ，远高于其他催
化剂，说明该催化剂对中间体的吸附能力强，利于
OER 的进行。