電催化中的層狀雙金屬氫氧化物使用

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層狀雙金屬氫氧化物( LDHs) 是由兩種或兩種以上金屬元素組成的金屬氫氧化物。由于組成易于調(diào)變、結(jié)構(gòu)易于裁剪、并且易于與其他材料復(fù)合實現(xiàn)功能化等優(yōu)點， LDHs在超級電容器、二次電池及電催化等能源轉(zhuǎn)換和電化學(xué)儲能中應(yīng)用突出。

LDHs作為催化劑

層狀雙金屬氫氧化物，是由帶有正電荷的(M2+, M3+)(OH)6八面體主層板和層間帶負(fù)電荷的陰離子及水分子堆疊而成。其活性位點主要存在于層板上的活性金屬離子。但LDHs 作為電催化劑時，最大的不足是：

1. 堆疊的層狀結(jié)構(gòu)使得其活性位點不能被充分利用；

2. LDHs導(dǎo)電性相對不足；

3. 不利于電子在產(chǎn)物之間傳輸。

故LDHs以下列三個方面來提高催化劑的總體性能：

1. 利用改變LDHs 金屬離子種類、比例等來調(diào)控其活性位點的電子結(jié)構(gòu)；

2. 利用其層狀結(jié)構(gòu)易于裁剪的特征來調(diào)控其形貌；

3. 通過與其他材料雜化而實現(xiàn)功能化等來調(diào)控催化劑的界面作用

催化劑電子結(jié)構(gòu)調(diào)控

調(diào)控層狀雙金屬氫氧化物電子結(jié)構(gòu)的方法：

1. 陽離子規(guī)則和陰離子規(guī)則。利用層狀雙金屬氫氧化物的陽離子比例可調(diào)的特點，調(diào)節(jié)M³⁺/M²⁺的比例可以有效調(diào)節(jié)活性金屬的電子結(jié)構(gòu)。

2. 陰離子調(diào)控及通過合適的方法制造空位缺陷也可調(diào)控電子結(jié)構(gòu)。

3. 在層狀雙金屬氫氧化物中摻另一種金屬形成三元金屬氫氧化物。

4. 將高價態(tài) V、Mn 及Cr摻入LDHs 可調(diào)節(jié)LDHs 層板電荷密度，改變材料能帶寬度，增強(qiáng)材料的導(dǎo)電性并暴露出大量活性位點，提高催化性能。

5. 氮摻雜可改變活性位點周圍的電子結(jié)構(gòu)，加快電子傳輸和氧析出中間體的吸附與脫附，提高催化性能。

LDHs 作為催化劑載體

層狀雙金屬氫氧化物負(fù)載貴金屬催化劑，利用LDHs 和貴金屬納米粒子之間的協(xié)同作用，可加快OH-離子的傳遞，取代部分Pd活性位點，形成LDH-OHads中間體，而這些LDH-OHads中間體可與Pd- COads中間體相互作用形成CO2或者水溶性產(chǎn)物，釋放出催化劑表面的活性位點繼續(xù)參與催化反應(yīng)。

LDHs 作為催化劑前驅(qū)體

以特定結(jié)構(gòu)的LDHs為前驅(qū)體，對其進(jìn)行保形硒化，可制備相應(yīng)結(jié)構(gòu)的金屬硒化物。而借助LDHs 特殊的結(jié)構(gòu)和形貌，保形后的硒化物具有比表面積較高、活性位點充分暴露等優(yōu)勢。

對于基于層狀雙金屬氫氧化物材料設(shè)計電催化劑，可從以下三方面入手：

1. LDHs作為催化劑：利用組成和結(jié)構(gòu)易于調(diào)變且易于與其他材料雜化等特點，調(diào)整其電子結(jié)構(gòu)、形貌及界面相互作用來提高其催化性能；

2. LDHs作為電催化劑載體：利用其比表面積大、形貌易于調(diào)控以及層板上富含羥基和均勻分散的金屬離子等優(yōu)勢負(fù)載催化劑，加強(qiáng)其與催化劑之間的協(xié)同催化作用來提高催化性能和穩(wěn)定性；

3. 以LDHs為前驅(qū)體制備電催化材料：利用LDHs合成方法簡單、形貌多樣、組成易于調(diào)變等優(yōu)勢制備出特定結(jié)構(gòu)的衍生物作為電催化劑，使得其適用范圍更加廣泛，性能更優(yōu)。

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