近年來，表面缺陷調(diào)控工程被認為是提高催化劑催化活性的一種高效方法。因為表面缺陷工程可以有效調(diào)控活性位點的配位環(huán)境，從而優(yōu)化催化劑的電子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移和中間產(chǎn)物（*OH、*O和*OOH）吸附自由能的優(yōu)化，大大提升催化反應(yīng)效率。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）因其在水氧化（OER）反應(yīng)中的優(yōu)異性能而被廣泛研究。而表面缺陷的引入將進一步提升其在OER中的催化效率。近期，鄭州大學(xué)馬煒/周震教授及其他合作者成功揭示了NiFe雙金屬氫氧化物納米片中表面缺陷對于OER反應(yīng)的巨大提升作用，同時通過結(jié)合X射線吸收譜（臺式easyXAFS300+，美國easyXAFS公司），成功揭示了表面缺陷在催化反應(yīng)中的作用機制，相關(guān)研究成果發(fā)表于Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.

　　該課題組通過利用H₂O₂和H₂O（v/v=1:1）的混合溶液將水熱條件下制備的Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT復(fù)合物進行氧化，得到了富含缺陷的Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT-t（為雙氧水處理氧化時間）催化劑。經(jīng)過24h的氧化處理， Ni_1/2Fe_1/2(OH)₂/CNT-24表面形成了豐富的缺陷結(jié)構(gòu)。相較與沒有氧化處理的催化劑， Ni_xFe_1-x(OH)₂/CNT-24催化劑表面展現(xiàn)出明顯的孔洞，這是由于氧化過程中，F(xiàn)e(OH)₂向α-FeOOH轉(zhuǎn)變而從層間脫離，形成的孔洞和缺陷結(jié)構(gòu)。

　　為了進一步驗證氧化處理后催化劑的缺陷結(jié)構(gòu)，研究人員利用實驗室臺式X射線吸收譜（easyXAFS300+）進行催化劑表征。相關(guān)測試結(jié)果如圖1所示，為實驗樣品中Ni的k edge X射線吸收譜圖（XAFS），可以看出，實驗樣品與Ni foil有著明顯的吸收邊和近邊結(jié)構(gòu)的區(qū)別，說明主要的實驗樣品皆為+2價Ni元素。圖1b為Ni k edge傅里葉變換R空間數(shù)據(jù)，可以得知經(jīng)過24h氧化的樣品的Ni-O的散射路徑長度為1.80 ?，明顯小于原始樣品（NiFe-LDH）的1.89 ?。且氧化后樣品的Ni-O配位數(shù)為4.5，明顯低于原始樣品（NiFe-LDH）的配位數(shù)6。以上數(shù)據(jù)表明經(jīng)過雙氧水的氧化后，部分Ni-O鍵斷裂，Ni展現(xiàn)出不飽和配位，催化劑中存在氧空位。同時，通過第二殼層的分析發(fā)現(xiàn)，氧化樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度為2.96 ?，配位數(shù)為4，而原始樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度 2.95 ?，配位數(shù)為4。由此可見，經(jīng)過雙氧水的氧化腐蝕作用，NiFe-LDH樣品中存在明顯的金屬缺陷和氧空位（鎳缺陷或鐵缺陷）。

圖1. (a) Ni_1/2Fe_1/2(OH)₂/CNT-24及其他樣品的XAFS圖，Ni k edge（b）徑向距離χ(R)空間譜，（c）χ(R)空間擬合曲線圖，（d）k2χ(k)空間譜擬合曲線

　　經(jīng)過電化學(xué)水分解測試表明，Ni_1/2Fe_1/2(OH)₂/CNT-24納米片展現(xiàn)出低的過電位（244 mV），且與當前已報道的過渡金屬催化劑對比，展現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性。另外，其Tafel斜率很小，約為41 mV dec^-1，表明氧化后的樣品具有較有快的OER動力學(xué)，這是由于引入缺陷增能夠有效的加速電子轉(zhuǎn)移，并且優(yōu)化中間產(chǎn)物的吸附自由能（*OH，*O和*OOH），從而提升催化反應(yīng)效率。臺式XAFS譜儀很好的揭示了氧化前后催化劑的精細結(jié)構(gòu)變化，為進一步的反應(yīng)機理研究提供的強有力的支持。

圖2. easyXAFS公司的臺式XAFS/XES譜儀

實驗室臺式XAFS譜儀優(yōu)勢：

　　1. 臺式設(shè)計，可以在實驗室內(nèi)隨時滿足日常樣品分析；

　　2. LabVIEW軟件腳本控制，附帶7位自動樣品輪, 可以同時進行多個樣品或樣品參數(shù)條件下的測試；

　　3. 可集成輔助設(shè)備，搭配原位池，可實現(xiàn)高壓、氣體氛圍、電化學(xué)等條件下的測試（已輔助客戶成功驗證），實現(xiàn)原位表征測試。

　　4. 臺式XAFS/XES譜儀具有XAFS和XES兩種工作模式，可快速切換，滿足不同科研試驗需求;

　　5. 臺式XAFS/XES譜儀測得的譜圖效果可以媲美同步輻射數(shù)據(jù)，如圖3所示，其測得的Ni元素的EXAFS，Ce和U元素的L₃-edge的XANES譜圖數(shù)據(jù)與同步輻射光源譜圖效果完全一致；

圖3. （a, b）臺式XAFS/XES譜儀與同步輻射光源測得的Ni EXAFS及傅里葉變換后R空間對比譜圖, （c、d）Ce和U L₃-edge XANES譜圖數(shù)據(jù)對比圖

　　6. 多種型號和配置可選，滿足不同科研要求；

　　7. 操作便捷，維護成本低，安全可靠.

參考文獻：

　　[1] Ge J, Zheng J Y, Zhang J, et al. Controllable atomic defect engineering in layered Ni_xFe_1-x(OH)₂nanosheets for electrochemical overall water splitting[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.

相關(guān)產(chǎn)品：

　　1.臺式X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜儀（XAFS/XES）

　　http://www.buyu5683.com/product/2019061828.shtml