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南科大Adv. Sci.: 3D打印立大功！打印出Ti64基晶格電催化劑用于穩(wěn)定析氧

電催化水分解是一種持久的制氫策略，但析氧反應(yīng)(OER)的緩慢動力學(xué)極大地限制了該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)高效且非貴重的催化材料對于加速OER的緩慢動力學(xué)至關(guān)重要。然而，目前使用的催化劑載體(如泡沫銅)具有較差的耐腐蝕性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

基于此，南方科技大學(xué)白家鳴和鄧輝等通過選擇性激光熔化的3D打印技術(shù)，設(shè)計了一種以耐腐蝕且堅固的Ti-6Al-4V鈦合金晶格作為催化劑載體的新型3D獨立電極。

值得注意的是，Ti64晶格表現(xiàn)出幾個有利的特性，例如在堿性介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性、優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性和大的表面積。研究人員在Ti64晶格表面涂覆高活性Cu(OH)₂@CoNiCH催化劑后，構(gòu)建了獨特的微/納米級分層多孔結(jié)構(gòu)(包括通過結(jié)構(gòu)設(shè)計形成的微米級孔和核殼Cu(OH)₂@CoNiCH催化劑)這些都有助于提高電催化活性。該催化劑在30 mA cm^-2電流密度下具有355 mV的低過電位和125.3 mV dec^-1的Tafel斜率。

密度泛函理論(DFT)計算分析表明，CoNiCH納米刺主要有助于提高OER性能，并且CoNiCH的Ni活性位點比Co位點提供了更快的*O中間體吸附，有助于加速整個氧化還原反應(yīng)；DOS計算還證實了CoNiCH中Ni位點的積極作用，并通過雙原子摻雜策略優(yōu)化了CoNiCH的電子轉(zhuǎn)移。

Ti64催化劑載體具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和耐腐蝕性，還可用于工業(yè)廢水電解制氫，此外，3D打印技術(shù)可用于設(shè)計適合各種應(yīng)用的各種基板結(jié)構(gòu)。未來更多3D打印電極將被引入電催化、光催化、電池等應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)清潔能源的制備和碳中和。

3D Printing of Multiscale Ti64-Based Lattice Electrocatalysts for Robust Oxygen Evolution Reaction. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202201751

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