为什么近期要关注LDH的研究进展？

海水直接电解制氢正逐渐成为一种越来越有吸引力的未来电-氢转换和氢气储存的新技术。然而在电解海水过程中，由于大量氯离子的存在，导致阳极腐蚀严重。

2024年4月22日，Advanced Energy Materials报道了研究人员利用蚀刻-水解和离子交换策略，在环境条件下合成了具有碳酸盐插层的低成本、可扩展的镍铁层状双金属氢氧化物(命名为NiFe LDH_CO₃^2-)。为确保镍铁元素LDH 中有足够的碳酸盐插层，在溶液中引入了碳酸根离子。实验结果表明，在碱性模拟海水中，NiFe LDH_CO₃^2- 在 500和1000mAcm^-2 电流下可持续1000h，表现出卓越的稳定性。此外，双电极系统在碱性海水中持续400h的电流密度(100至1000mAcm^-2)条件下也具有很高的稳定性。

这种显著的催化稳定性可归因于蚀刻-水解和碳酸盐插层策略。蚀刻-水解策略使催化剂与载体形成一体化电极，增强了它们之间的粘附力，从而延缓了催化剂与载体的分离。理论计算表明，碳酸盐插层削弱了Cl在催化剂上的吸附，阻碍了金属原子与Cl的耦合，从而阻碍了Cl对阳极的腐蚀，提高了催化稳定性。

更重要的是，这一策略已经有效用于制备其它具有碳酸盐插层的层状双金属氢氧化物。

文献名称：Layered Double Hydroxides with Carbonate Intercalation as Ultra‐Stable Anodes for Seawater Splitting at Ampere‐Level Current Density
DOI: 10.1002/aenm.202400053

水电解制氢作为清洁燃料和可再生能源的载体受到广泛关注。然而，OER的反应动力学缓慢且过电势较高限制了其发展。以热力学上更有利的有机氧化反应取代OER耦合电化学析氢是降低能耗的有效策略。在这方面，生物质来源的5-羟甲基糠/醛电催化氧化（HMFOR）耦合HER引起了广泛的研究，特别是可用于生产生物塑料的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）。

2024年5月3日，Applied Catalysis B: Environment and Energy报告了一种基于磷酸盐阴离子插层双金属氢氧化物（NiCo-Pi-LDHs）的高效HMF电氧化催化剂。研究人员通过水热和阴离子交换法将磷酸盐离子引入NiCo-LDH的中间层，得到NiCo-Pi-LDH催化剂，之后将其均匀地涂覆在泡沫镍表面，作为NiCo-Pi-LDH/NF电极，用于将HMF电氧化至FDCA。该催化剂的起始电位为 1.16Vvs.RHE，电流密度达到200mA/cm（1.41V vs. RHE）。

此外，NiCoPi-LDH对FDCA的选择性和法拉第效率接近100%，并且在5个周期内保持了良好的稳定性。理论和实验结果表明，插入的磷酸阴离子促进了Ni向Co的电子转移，从而加速了NiCo-LDH作为质子转移中间体的脱氢过程。此外，它通过质子化循环促进了高价镍物种的生成，从而改善了hydroxide/oxyhydroxide的转化循环，增加了活性位点的数量，促进了内在活性。

这种磷酸盐和镍物种双循环的新策略为促进HMFOR高价镍位点的生成提供了一个新的思路，也为其他有机电化学氧化提供了一些参考。

文献名称：Efficient electrooxidation of 5-hydroxymethylfurfural via phosphate intercalated hydroxides: A dual-cycle mechanism
DOI: 10.1016/j.apcatb.2024.124147

面对电力消耗、能源危机以及环境污染等难题，新型可持续能源技术的发展变得刻不容缓。尽管在过去十年中已经开发了各种纳米发电机，但低电流密度、复杂管理电路的要求、直流（DC）输出的产生以及潮湿大气下的性能下降一直制约纳米发电机在实际中的应用。

2024年1月21日，Advanced Energy Materials报道了研究人员在层状双金属氢氧化物（ZnAl-LDH）中采用金属刷模式可实现摩擦光伏和湿气发电效应。即使在高湿度环境中，ZnAl-LDH也能显示出更强的摩擦光伏纳米发电机（TVNG）性能，同时水分子通过LDH层间结构的浓度梯度产生了湿气发电（ME），其电压和电流输出分别为157.4mV和2.5mV。

由于LDH的吸湿特性，即使在高湿度条件下，其摩擦光伏性能也得到了提高，在相对湿度为80%的条件下，输出电压和电流分别为693.38mV和65.48nA。电压和电流分别提高了约是相对湿度为20%时的1.87倍和2.09倍。

利用摩擦效应和湿气发电对载流子的协同效应，研究人员提出了一种新的性能增强机制。LDH中的摩擦光伏效应可去除空穴并消耗LDH内部的水分子，从而成为湿气发电机的驱动力。摩擦光伏效应引起的水分子浓度梯度变化诱导电荷载流子的产生和储存。特别是，水分子存储和产生电能的原理与电容器通过极化机制存储电荷的原理相似。

因此，本研究为基于摩擦光伏效应和湿气发电提出了一种利用一体化装置产生和储存电荷的概念验证。

文献名称：Synergistic Coupling of Tribovoltaic and Moisture-Enabled Electricity Generation in Layered-Double Hydroxides
DOI: 10.1002/aenm.202304206