【本站讯】近日，德国Weily数据库知名材料期刊Small以封面论文形式，刊发了重质油国家重点实验室“自供电－电解水”研究新成果《无定形硼酸铁纳米片作为多功能电极材料用于自供电电解水及可充电锌空电池》（Amorphous Iron(III)-Borate Nanolattices as Multifunctional Electrodes for Self-Driven Overall Water Splitting and Rechargeable Zinc–Air Battery）。论文通讯作者为李忠涛副教授和吴明铂教授，第一作者为我校化学工程与技术专业硕士生赵伟楠，第一署名单位为中国石油大学（华东）。
面对日益增长的能源需求、环境污染等问题，推动能源转型升级、优化能源结构调整，建立清洁可再生能源体系已迫在眉睫。其中，电化学电解水产氢（2H2O→2H2+O2）成为清洁可再生能源利用体系的关键环节之一。但受限于电解水半反应（OER，HER）电势较高、反应动力学缓慢，使得目前电解水驱动电压远高于水的理论分解电势1.23V。对能源造成极大的浪费，并提高了应用成本，限制了电解水制氢的大规模应用。因此合成廉价易得、高催化活性的电极材料是电解水产氢推广应用的关键所在。
针对上述挑战，重质油国家重点实验室研究人员采用“溶剂热—自组装”方法，制备了一种新型二维无定形硼酸铁纳米片催化剂。该材料在碱液中具有优异的多功能电催化特性，其催化全解水时反应电压低（1.56V），用做锌-空气电池正极时亦表现出优异的ORR活性。DFT理论计算显示该材料具有较低的d带中心，能够平衡活性位点对反应中间体的吸附能力；无定形的“短程有序”二维结构暴露更多的活性位点，同时更容易析出反应产生的氧气、氢气，加快动力学过程；具有较大电负性的硼酸根能吸引Fe3+，从而优化整体电子云密度。基于该材料优异的多功能电催化性能，设计组装了“自供电－电解水”的新型器件，即以该催化剂组装成两节串联的锌—空气电池，驱动同样以该催化剂为正负电极的电解水反应，电解水法拉第效率高达96.3%。
评审专家对该研究成果给予了高度评价，认为相比于其他电极材料，该无定形硼酸铁材料展现出独特的多功能性和更为优异的催化活性，所制多功能无定形硼酸铁电极材料有望为光电催化、太阳能电池，金属-空气电池等相关能源催化领域提供实验和理论支撑。
