电催化中的层状双金属氢氧化物使用

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层状双金属氢氧化物( LDHs) 是由两种或两种以上金属元素组成的金属氢氧化物。由于组成易于调变、结构易于裁剪、并且易于与其他材料复合实现功能化等优点， LDHs在超级电容器、二次电池及电催化等能源转换和电化学储能中应用突出。

LDHs作为催化剂

层状双金属氢氧化物，是由带有正电荷的(M2+, M3+)(OH)6八面体主层板和层间带负电荷的阴离子及水分子堆叠而成。其活性位点主要存在于层板上的活性金属离子。但LDHs 作为电催化剂时，最大的不足是：

1. 堆叠的层状结构使得其活性位点不能被充分利用；

2. LDHs导电性相对不足；

3. 不利于电子在产物之间传输。

故LDHs以下列三个方面来提高催化剂的总体性能：

1. 利用改变LDHs 金属离子种类、比例等来调控其活性位点的电子结构；

2. 利用其层状结构易于裁剪的特征来调控其形貌；

3. 通过与其他材料杂化而实现功能化等来调控催化剂的界面作用

催化剂电子结构调控

调控层状双金属氢氧化物电子结构的方法：

1. 阳离子规则和阴离子规则。利用层状双金属氢氧化物的阳离子比例可调的特点，调节M³⁺/M²⁺的比例可以有效调节活性金属的电子结构。

2. 阴离子调控及通过合适的方法制造空位缺陷也可调控电子结构。

3. 在层状双金属氢氧化物中掺另一种金属形成三元金属氢氧化物。

4. 将高价态 V、Mn 及Cr掺入LDHs 可调节LDHs 层板电荷密度，改变材料能带宽度，增强材料的导电性并暴露出大量活性位点，提高催化性能。

5. 氮掺杂可改变活性位点周围的电子结构，加快电子传输和氧析出中间体的吸附与脱附，提高催化性能。

LDHs 作为催化剂载体

层状双金属氢氧化物负载贵金属催化剂，利用LDHs 和贵金属纳米粒子之间的协同作用，可加快OH-离子的传递，取代部分Pd活性位点，形成LDH-OHads中间体，而这些LDH-OHads中间体可与Pd- COads中间体相互作用形成CO2或者水溶性产物，释放出催化剂表面的活性位点继续参与催化反应。

LDHs 作为催化剂前驱体

以特定结构的LDHs为前驱体，对其进行保形硒化，可制备相应结构的金属硒化物。而借助LDHs 特殊的结构和形貌，保形后的硒化物具有比表面积较高、活性位点充分暴露等优势。

对于基于层状双金属氢氧化物材料设计电催化剂，可从以下三方面入手：

1. LDHs作为催化剂：利用组成和结构易于调变且易于与其他材料杂化等特点，调整其电子结构、形貌及界面相互作用来提高其催化性能；

2. LDHs作为电催化剂载体：利用其比表面积大、形貌易于调控以及层板上富含羟基和均匀分散的金属离子等优势负载催化剂，加强其与催化剂之间的协同催化作用来提高催化性能和稳定性；

3. 以LDHs为前驱体制备电催化材料：利用LDHs合成方法简单、形貌多样、组成易于调变等优势制备出特定结构的衍生物作为电催化剂，使得其适用范围更加广泛，性能更优。

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