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電催化中的層狀雙金屬氫氧化物使用

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層狀雙金屬氫氧化物( LDHs) 是由兩種或兩種以上金屬元素組成的金屬氫氧化物。由于組成易于調變、結構易于裁剪、并且易于與其他材料復合實現功能化等優點， LDHs在超級電容器、二次電池及電催化等能源轉換和電化學儲能中應用突出。

LDHs作為催化劑

層狀雙金屬氫氧化物，是由帶有正電荷的(M2+, M3+)(OH)6八面體主層板和層間帶負電荷的陰離子及水分子堆疊而成。其活性位點主要存在于層板上的活性金屬離子。但LDHs 作為電催化劑時，最大的不足是：

1. 堆疊的層狀結構使得其活性位點不能被充分利用；

2. LDHs導電性相對不足；

3. 不利于電子在產物之間傳輸。

故LDHs以下列三個方面來提高催化劑的總體性能：

1. 利用改變LDHs 金屬離子種類、比例等來調控其活性位點的電子結構；

2. 利用其層狀結構易于裁剪的特征來調控其形貌；

3. 通過與其他材料雜化而實現功能化等來調控催化劑的界面作用

催化劑電子結構調控

調控層狀雙金屬氫氧化物電子結構的方法：

1. 陽離子規則和陰離子規則。利用層狀雙金屬氫氧化物的陽離子比例可調的特點，調節M³⁺/M²⁺的比例可以有效調節活性金屬的電子結構。

2. 陰離子調控及通過合適的方法制造空位缺陷也可調控電子結構。

3. 在層狀雙金屬氫氧化物中摻另一種金屬形成三元金屬氫氧化物。

4. 將高價態 V、Mn 及Cr摻入LDHs 可調節LDHs 層板電荷密度，改變材料能帶寬度，增強材料的導電性并暴露出大量活性位點，提高催化性能。

5. 氮摻雜可改變活性位點周圍的電子結構，加快電子傳輸和氧析出中間體的吸附與脫附，提高催化性能。

LDHs 作為催化劑載體

層狀雙金屬氫氧化物負載貴金屬催化劑，利用LDHs 和貴金屬納米粒子之間的協同作用，可加快OH-離子的傳遞，取代部分Pd活性位點，形成LDH-OHads中間體，而這些LDH-OHads中間體可與Pd- COads中間體相互作用形成CO2或者水溶性產物，釋放出催化劑表面的活性位點繼續參與催化反應。

LDHs 作為催化劑前驅體

以特定結構的LDHs為前驅體，對其進行保形硒化，可制備相應結構的金屬硒化物。而借助LDHs 特殊的結構和形貌，保形后的硒化物具有比表面積較高、活性位點充分暴露等優勢。

對于基于層狀雙金屬氫氧化物材料設計電催化劑，可從以下三方面入手：

1. LDHs作為催化劑：利用組成和結構易于調變且易于與其他材料雜化等特點，調整其電子結構、形貌及界面相互作用來提高其催化性能；

2. LDHs作為電催化劑載體：利用其比表面積大、形貌易于調控以及層板上富含羥基和均勻分散的金屬離子等優勢負載催化劑，加強其與催化劑之間的協同催化作用來提高催化性能和穩定性；

3. 以LDHs為前驅體制備電催化材料：利用LDHs合成方法簡單、形貌多樣、組成易于調變等優勢制備出特定結構的衍生物作為電催化劑，使得其適用范圍更加廣泛，性能更優。

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