锌掺杂氧化钴多级纳米花催化剂高效催化析氧反应

纳米管、纳米线、纳米片等低维材料越来越受到人们的关注。在过去的十年中，利用低维片段组装而成的三维多层次化材料引起了科学家们的极大兴趣。这些材料是各种电化学应用的理想材料，如电催化和储能。层次化多孔结构有利于催化过程中的传质和电解质的传输，进而提高催化效率。由低维结构组装而成的三维层次化多孔结构既保留了低维结构的优点，也从其多级结构中衍生出了优势。然而，具有可控形态的层次化结构材料的合成仍然是一个挑战。

近日，陕西师范大学化学化工学院郑浩铨副教授与曹睿教授及其团队制备了一维纳米颗粒组成二维纳米片，进一步组装成三维纳米花的多级结构材料。同时研究表明锌元素与钴氧化物具有良好的掺杂性，所以在这种结构中引入了第二种过渡金属元素，形成锌掺杂的氧化钴纳米花，应用于高效催化析氧反应。研究团队用水热法合成的氢氧化物作为前驱体，制备了一种多层次结构的锌掺杂氧化钴纳米花。纳米花是由二维纳米片组装成，而在单个纳米片中，有大量尺寸约十纳米的锌掺杂氧化钴纳米颗粒。将层次化多孔锌掺杂氧化钴纳米花作为碱性介质中析氧反应的电催化剂，表现出良好的稳定性和催化活性（在10 mA cm-2时，过电势293 mV），堪比于商业RuO2催化剂在碱性介质中的电催化性能。研究结果表明，在三维层次化结构的电催化剂有利于提高催化过程有效的传质过程；而且DFT理论计算表明在氧化钴纳米颗粒中均匀掺入非活性第二金属锌降低Band gap，从而增强电催化析氧反应活性。该工作进行了对析氧反应活性与钴基电催化剂中第二金属掺入之间关系的研究。