近年來，表面缺陷調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控活性位點的配位環境，從而優化催化劑的電子結構，實現電子轉移和中間產物（*OH、*O和*OOH）吸附自由能的優化，大大提升催化反應效率。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）因其在水氧化（OER）反應中的優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反應的巨大提升作用，同時通過結合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中的作用機制，相關研究成果發表于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NixFe1-x(OH)2/CNT復合物進行氧化，得到了富含缺陷的NixFe1-x(OH)2/CNT-t（為雙氧水處理氧化時間）催化劑。經過24h的氧化處理， Ni1/2Fe1/2(OH)2/CNT-24表面形成了豐富的缺陷結構。相較與沒有氧化處理的催化劑， NixFe1-x(OH)2/CNT-24催化劑表面展現出明顯的孔洞，這是由于氧化過程中，Fe(OH)2向α-FeOOH轉變而從層間脫離，形成的孔洞和缺陷結構。
為了進一步驗證氧化處理后催化劑的缺陷結構，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。相關測試結果如圖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構的區別，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空間數據，可以得知經過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配位數為4.5，明顯低于原始樣品（NiFe-LDH）的配位數6。以上數據表明經過雙氧水的氧化后，部分Ni-O鍵斷裂，Ni展現出不飽和配位，催化劑中存在氧空位。同時，通過第二殼層的分析發現，氧化樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度為2.96 ?，配位數為4，而原始樣品中Ni-Fe/Ni-Ni的散射路徑長度 2.95 ?，配位數為4。由此可見，經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) Ni1/2Fe1/2(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
經過電化學水分解測試表明，Ni1/2Fe1/2(OH)2/CNT-24納米片展現出低的過電位（244 mV），且與當前已報道的過渡金屬催化劑對比，展現出優異的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，這是由于引入缺陷增能夠有效的加速電子轉移，并且優化中間產物的吸附自由能（*OH，*O和*OOH），從而提升催化反應效率。臺式XAFS譜儀很好的揭示了氧化前后催化劑的精細結構變化，為進一步的反應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譜儀優勢：
1. 臺式設計，可以在實驗室內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條件下的測試；
3. 可集成輔助設備，搭配原位池，可實現高壓、氣體氛圍、電化學等條件下的測試（已輔助客戶成功驗證），實現原位表征測試。
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據，如圖3所示，其測得的Ni元素的EXAFS，Ce和U元素的L3-edge的XANES譜圖數據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譜圖數據對比圖
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 NixFe1-x(OH)2nanosheets for electrochemical overall water splitting[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(25): 14432-14443.
相關產品：
1.臺式X射線吸收精細結構譜儀（XAFS/XES）
