北京师范大学、厦门大学–原位制备具有优异析氧反应性能的超薄Co(OH)2-CoO/氧化石墨烯纳米片杂化物

作为析氧反应(OER)的代表性电催化剂，Co-基氢氧化物和氧化物普遍存在电子导电性差和自团聚严重的问题，严重阻碍了其在催化领域的广泛应用。为了克服这些问题，我们在此报告了一种方便的静电吸附辅助溶剂热方法，用于原位制备超薄Co(OH)₂-CoO/氧化石墨烯纳米片杂化物(标记为Co-O-H NSs/GO-x)，作为碱性介质中OER的高效电催化剂。值得注意的是，最优的Co-O-H NSs/GO-1.4 mg样品，厚度为3.5-3.8 nm，具有出色的电催化OER性能，在10 mA cm^-2时过电位仅为283 mV, Tafel斜率较小，为57 mV dec^–1，使其与最先进的Co-非自支撑电催化剂相当。综合分析表明，Co-O-H NSs/GO-1.4 mg具有优异的OER电催化性能，这可能归因于其电活性表面积的增加(双层电容约为146 mF.cm^-2)、高电子浓度(约8.1 × 10¹⁷ cm^-3)，丰富的氧空位(约占氧含量的74.3%)，以及Co-O-H NSs和GO NSs之间高质量耦合导致的3d波段中心上移的协同作用。这项工作为构建高性能杂化纳米片催化剂提供了一种通用的合成策略，对建立高效的能量转换反应具有特别重要的意义。

图1. (a) Co-O-H NSs/GO-x合成示意图，(b) XRD谱图(黑色竖线代表Co(OH)₂ (JCPDS No. 30-0443)，粉色竖线代表CoO (JCPDS No. 48-1719)， (c)制备的Co-O-H NSs/GO-x和Co-O-H NSs. 的拉曼光谱和(d) zeta电位。

图2. (a-d) Co-O-H NSs (a)、Co-O-H NSs/GO-0.8 mg (b)、Co-O-H NSs/GO-1.4mg (c)和Co-O-H NSs/GO-2.0 mg (d)的低放大TEM图像，(e-h)为对应的HRTEM图像。(i-j) (e)中Co-O-H NSs的局部放大HRTEM图像：Co(OH)₂ (i)和CoO (i)的晶格;(h-m) (h)中Co-O-H NSs/GO-1.4mg 的局部放大HRTEM图像：CoO (k)、Co(OH)₂(1)和GO (m)的晶格。(e-h)中的黄色圆圈表示Co(OH)₂和CoO的晶格条纹，黄色方框表示GO的晶格条纹。

图3. (a) Co-O-H NSs/GO-1.4 mg的HAADF-STEM图像，(b-d)对应的(b) Co、(c) O、(d) C元素映射图像;(e-f) Co-O-H NSs (e)和Co -H NSs/GO-1.4 mg (f)的AFM图像。

图4. (a) Co-O-H NSs和Co-O-H NSs/GO-x的XPS光谱和(b) Co- 2p光谱。(c) Co-O-H NSs和Co-O-H NSs/GO-1.4 mg的高分辨率C1s和(d)高分辨率O1s光谱。

图5. (a) Co-O-H NSs、Co-O-H NSs/GO-x和GO的LSV曲线，(b) Tafel曲线，(c) EIS图，(d)双层电容值(2 C_dl)， (e) Co-O-H NSs和Co-O-H NSs-x的ECSA归一化电流密度直方图，(f) Co-O-H NSs/GO-1.4mg在1.52 V下恒电位电解时的I-t曲线。

图6. (a)在0.1 M Na₂SO₄溶液中 Co-O-H NSs和Co-O-H NSs/GO-1.4 mg以1000 Hz固定频率记录的Mott-Schottky图和(b)它们对应的从(a)中提取的载流子浓度；(c) Co-O-H NSs、Co-O-H NSs/GO-1.4 mg和GO的UPS光谱和(d)从(c)中估计的它们对应的功函数。

图7. (a)制备的Co-O-H NSs和Co-O-H NSs/GO-x样品的XPS价带光电发射光谱，(b) (a)的部分放大图;(c) (a)中有三维中心标签的光谱经过雪莉型背景减除，(d) 4个样品(在10 mA cm^-2下)的OER活性(用η₁₀表示)与E-E_F参数的关系。(c)中的白色条表示相应的d波段中心，通过计算光谱的重心来确定。

相关研究成果由北京师范大学化学学院、厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室Chuansheng He等人于2023年发表在Journal of Alloys and Compounds (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.169780 )上。原文：In situ facile fabrication of ultrathin Co(OH)₂-CoO/graphene oxide nanosheet hybrids with superior oxygen evolution reaction performance