（通訊員：吳疆鄂）2020年10月8日，《Nature Communications》以研究長文形式刊發(fā)華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉、劉宏芳、郭興蓬教授帶領(lǐng)的能源材料服役與防護團隊最新研究成果《Preparation of Nickel-Iron Hydroxides by Microorganism Corrosion for Efficient Oxygen Evolution》。該團隊聚焦傳統(tǒng)腐蝕電化學(xué)和現(xiàn)代能源電化學(xué)交叉，專注能源材料與技術(shù)的服役與失效領(lǐng)域，研究并利用腐蝕電化學(xué)等制備關(guān)鍵能源材料并改善其服役水平和壽命。本文則闡述了該團隊在高效鎳鐵基析氧催化劑的最新研究進展：采用微生物腐蝕方法構(gòu)筑鐵硫物種修飾的鎳鐵氫氧化物納米層，從而大幅提升其析氧催化活性。該方法將傳統(tǒng)腐蝕工程和新能源技術(shù)有效地結(jié)合起來。化學(xué)與化工學(xué)院楊歡博士為第一作者，華中科技大學(xué)為第一作者單位，化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授為論文通訊作者。
腐蝕電極的制備、形貌和結(jié)構(gòu)表征示意圖
當前，隨著人類環(huán)保意識的日益增強和對清潔能源需求的不斷增加，開發(fā)可替代的新能源轉(zhuǎn)換和存儲體系勢在必行。析氧反應(yīng)在各種可再生能源包括金屬空氣電池和電解水中處于重要地位，其緩慢的反應(yīng)動力學(xué)需要價格昂貴、資源稀缺的貴金屬催化劑。因此，開發(fā)成本低、環(huán)境友好、高性能的析氧催化劑對于清潔能源的發(fā)展具有重要意義。近年來，高活性鎳鐵基催化劑的設(shè)計已經(jīng)取得突破，然而，自下而上的制備方法需要復(fù)雜的前驅(qū)體溶液和嚴格的合成條件以實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的精準調(diào)控，阻礙了此類電催化劑的大規(guī)模應(yīng)用。針對上述難題，郭興蓬、劉宏芳、夏寶玉教授帶領(lǐng)的能源材料服役與防護團隊采用微生物腐蝕策略自上而下構(gòu)筑了硫化亞鐵修飾的鎳鐵氫氧化物納米層，從而大幅提升了鎳鐵氫氧化物納米層的析氧活性（圖1），其腐蝕電極在10 mA cm-2的電流密度下僅需220 mV的過電位（圖2）。X射線同步輻射吸收光譜和理論計算表明，由化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的鎳鐵氫氧化物和硫酸鹽還原菌代謝生成的鐵硫物種之間的協(xié)同作用改善了腐蝕電極的催化活性。
這項工作不僅提供了一種高效的電催化析氧反應(yīng)催化劑，更重要的是展示了一種簡單的微生物誘導(dǎo)電化學(xué)氧化還原法構(gòu)筑高效電極材料的策略，將傳統(tǒng)腐蝕工程與新興電化學(xué)能源技術(shù)有效地結(jié)合起來，為開發(fā)環(huán)境友好、性能更加優(yōu)異的電催化材料提供了新思路，有望激發(fā)研究人員對化學(xué)、生物學(xué)、工業(yè)腐蝕、納米材料設(shè)計和現(xiàn)代能源技術(shù)之間多學(xué)科交叉的研究興趣，對發(fā)展新能源技術(shù)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價值。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、華中科技大學(xué)以及化學(xué)與化工學(xué)院和武漢光電國家研究中心等各方面的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-18891-x
