寻求高效、稳定的析氧反应（OER）电催化剂对缓解能源危机具有重要的意义，是目前能源材料领域的一大研究热点。水滑石（LDH）材料是一类化学组成多样且易调控的二维材料，在多相催化、传感器、药物输送和电催化等领域具有广泛的应用。

合理的设计调控水滑石的化学成分、形状和拓扑结构能有效调节其性能，近年来受到广泛关注。其中，空心结构的水滑石具有密度低、比表面积大、传质阻力小、扩散路径短等优势，往往赋予材料更好的性能。通过构建空心结构并调控水滑石的化学组成，有望构筑高效的析氧反应电催化剂。然而，目前关于具有空心结构的三元水滑石材料的报道还比较少。

近期，北京化工大学刘军枫教授、许海军教授（共同通讯）、韩爱娟副教授（共同通讯）团队发展了一种以金属有机框架材料(ZIF-67)为模板，通过原位刻蚀和转化生长合成空心结构三元水滑石材料的新方法。所得到的空心结构的三元水滑石材料(NiCoFe-LDH HP)，具有更多暴露的活性位点和更高的电子/离子传输效率，表现出了优异的OER活性。在1 M KOH溶液中，其在10 mA cm−2的电流密度下的过电位仅为276 mV，远低于三元水滑石纳米片(NiCoFe-LDH SP)、空心二元水滑石(NiCo-LDH HP)和商业催化剂IrO2。

该论文“Ternary NiCoFe-layered double hydroxide hollow polyhedrons as highly efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction” 发表在Journal of Energy Chemistry 期刊上，第一作者为北京化工大学博士生秦永吉与本科生王凡平（共同一作）。

研究者通过简单的自模板原位转化法合成了空心结构三元水滑石NiCoFe-LDH HP。以ZIF-67为自模板，通过在硝酸镍和硝酸铁的混合溶液中进行刻蚀，同时在表面原位生长三元NiCoFe-LDH，产物形成的空心多面体继承了前驱体ZIF-67多面体的形貌。

扫描和透射电镜图片证明样品具有空心结构，高分辨能谱验证了三元金属的共掺，高分辨电镜证明样品的晶格条纹可与水滑石的（009）晶面匹配，X射线衍射谱图与水滑石的谱图吻合。以上结果证明合成的NiCoFe-LDH HP材料为空心结构的三元水滑石材料

图1. ZIF-67多面体的扫描和透射电镜图(a, b)，空心结构NiCoFe-LDH HP的扫描和透射电镜图(c–e)、高分辨电镜图(f)以及元素分布图(g)，样品的X射线粉末衍射图(h)。

研究者通过时间梯度实验研究了NiCoFe-LDH HP的形成过程。结果表明，15分钟后多面体内部形成了空洞，且其随反应时间逐渐增大，最终形成空心多面体的结构。

图2. ZIF-67转空心NiCoFe-LDH的时间梯度实验: (a) 15分钟，(b) 30分钟，(c) 45 分钟，(d) 1 小时。标尺: 500 nm。

X射线光电子能谱图表明，NiCoFe-LDH HP 中的Ni为+2价，Co为+2和+3价，Fe为+3价。

OER性能测试表明所合成的空心三元水滑石材料（NiCoFe-LDH HP）在1 M KOH中的过电位仅为276 mV（电流密度为10 mA cm−2），低于实心三元水滑石纳米片材料（NiCoFe-LDH SP）、空心二元水滑石材料（NiCo-LDH HP）以及商业催化剂IrO2，是一种优异的析氧反应电催化剂。

Tafel曲线和交流阻抗曲线表明，NiCoFe-LDH HP在析氧反应中的决速步为四电子转移过程，在动力学上更为有利，空心和三元结构的构筑，提高了材料的电化学活性面积并降低了电荷传输阻力，从而提高了材料的析氧反应性能。进一步的稳定性测试证明NiCoFe-LDH HP具有良好的稳定性。

图4. 样品电化学性能图。

综上所述，该工作通过简单的自模板原位转化法，将ZIF-67多面体转化为三元NiCoFe-LDH空心多面体。空心结构和三元水滑石的构筑增大了材料的比表面积，加快了电子离子的传导，从而使得空心三元水滑石NiCoFe-LDH HP比实心纳米片水滑石NiCoFe-LDH和空心二元水滑石NiCo-LDH HP拥有更好的OER性能。该工作为理性设计空心结构，提高空心结构材料在不同应用中的性能提供了启示。