目前，幾乎沒有關(guān)于析氫反應(yīng)（HER）完全重構(gòu)的報道?；诖耍?/span>武漢理工大學(xué)木士春研究員和吳勁松教授（共同通訊作者）等人報道了一種新型可重構(gòu)氟化物（CoF2、NiF2和FeF3(H2O)0.33等）預(yù)催化劑，具有超快和深入的自重構(gòu)，極大提高了HER活性。
由于HER過程中氟離子（F-）的浸出，氟化物經(jīng)歷了連續(xù)快速的自發(fā)重建過程，導(dǎo)致過電位大大降低。其中，CoF2不僅表現(xiàn)出與基準Pt/C相當?shù)姆欠泊呋钚?，而且還具有超過Pt/C的高穩(wěn)定性。
通過原位拉曼光譜結(jié)合非原位X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）和球差校正電子顯微鏡（AC-TEM）分析，作者系統(tǒng)地揭示了連續(xù)自重建過程CoF2，其中單組分六方晶相β-Co(OH)2表現(xiàn)為約5 nm納米粒子（NPs），相互連接成多孔且有缺陷的交織納米片（NSs）。
此外，作者通過實驗和密度泛函理論（DFT）計算，確定了氟化物獨特的表面結(jié)構(gòu)、堿性電解質(zhì)和偏壓是HER完全重構(gòu)的關(guān)鍵因素。F原子在氟化物表面的富集提供了自發(fā)和連續(xù)重構(gòu)的可行性。堿性電解質(zhì)觸發(fā)快速F-浸出，并且立即補充OH-以形成無定形α-Co(OH)2，該無定形α-Co(OH)2迅速轉(zhuǎn)化為β-Co(OH)2。
偏壓促進了非晶晶化，加速了重構(gòu)過程。這使得單組分和結(jié)晶β-Co(OH)2的生成具有松散和缺陷的結(jié)構(gòu)，在電流密度為10 mA cm-2時具有超低過電位為54 mV，超長期穩(wěn)定性超過Pt/C。DFT計算證實F浸出優(yōu)化了氫和水的吸附能，提高了其動力學(xué)。同時，自重構(gòu)也適用于其他非貴過渡金屬氟化物。該工作建立了對HER過程中完全自發(fā)重建的基本理解，并為構(gòu)思高級催化劑提供了一個新的視角。
Ultra-Fast and In-Depth Reconstruction of Transition Metal Fluorides in Electrocatalytic Hydrogen Evolution Processes. Adv. Sci.，2021, DOI: 10.1002/advs.202103567.