无碳尖晶石 NiCo2O4 催化剂的形貌调控以增强碱性介质中的双功能氧还原与析氧反应性能

尖晶石 NiCo 2 O 4 被认为是一种用于氧电催化的极具前景的非贵金属且无碳催化剂。目前的研究主要集中在通过最佳化学掺杂和取代来调控其电子结构以提高活性。在此，我们研究了其形貌调控，并阐明了形貌依赖的催化剂双功能氧还原反应 (ORR) 和析氧反应 (OER) 性能。通过水热法结合煅烧，分别使用无模板法、Pluronic-123 (P-123) 软模板法和 SiO 2 硬模板法制备了三种具有显著不同形貌的 NiCo 2 O 4 催化剂。硬模板产生了类球形致密结构，而软模板则有助于形成含有丰富介孔和大孔的独特纳米针簇组装体。此外，系统研究了 NiCo 2 O 4 的形貌对其相应双功能催化性能的影响。通过软模板法制备的花状纳米针组装体 NiCo 2 O 4 催化剂在 ORR 和 OER 中均表现出最高的催化活性和稳定性。特别是在碱性介质中的 ORR 反应中，相对于可逆氢电极，其起始电位和半波电位分别达到了 0.94 和 0.82 V。尽管仍次于 Pt，但与其他已报道的无碳氧化物相比，该 NiCo 2 O 4 是性能最好的 ORR 催化剂之一。同时，该催化剂实现了卓越的 OER 活性和稳定性，起始电位为 1.48 V，在 1.6 V 时的电流密度为 15 mA/cm 2，在经历了 20 000 次电位循环 (0–1.9 V) 后未表现出活性衰减。所展示的稳定性在 OER 方面甚至优于 Ir。这种形貌调控方法为构建具有更大表面积和更强传质能力的坚固三维结构提供了有效解决方案。重要的是，软模板可以产生具有理想 Ni 与 Co 化学计量比的高结晶度尖晶石，从而促进结构完整性，并增强导电性和催化性能。