析氧反應(yīng)(OER)在水分解和金屬-空氣電池中起著決定性的作用。然而，具有多個(gè)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移步驟的OER動(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)致大的過電位。雖然貴金屬Ru-或Ir基氧化物具有最有效的OER電催化活性，但耐久性差、高價(jià)格和稀缺性阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。為了解決這些問題，設(shè)計(jì)高活性、廉價(jià)、地球豐富、高穩(wěn)定性的OER催化劑至關(guān)重要。
近日，四川大學(xué)李高仁和中國科學(xué)院大學(xué)鄭黎榮等通過Fe摻雜和界面FeOOH工程合成了Fe摻雜(Ni-MOFs)/FeOOH催化劑，并通過XAS、XPS、SEM/TEM/TEM和密度泛函理論(DFT)計(jì)算對(duì)其幾何/電子構(gòu)型進(jìn)行了全面和深入的研究
與Ni-MOFs、Fe摻雜(Ni-MOFs)和商用RuO2相比，摻Fe的(Ni-MOFs)/FeOOH在1.55 VRHE下的OER催化活性分別提高了9.3倍、6.7倍和72.4倍以上。此外，其在15 mA cm-2電流密度下的OER過電位低至210 mV；經(jīng)過120小時(shí)循環(huán)試驗(yàn)后，穩(wěn)定性良好，性能衰減可忽略不計(jì)。
具體來說，XAS分析顯示了扭曲的Ni八面體結(jié)構(gòu)中Ni-O鍵長度收縮，F(xiàn)e摻雜和FeOOH異質(zhì)界面工程的雙重調(diào)控可以通過Fe-O-Ni-O-Fe鍵有效激活Ni-MOF的Ni位點(diǎn)。
因此，Ni有利的d帶中心可以有效地調(diào)節(jié)關(guān)鍵中間體的吸附/解吸能，并能顯著降低OER的過電位。本研究強(qiáng)調(diào)了界面Fe-O-Ni-O-Fe鍵合對(duì)Ni-MOFs催化劑催化增強(qiáng)的重要性，并為高性能催化劑的設(shè)計(jì)提供了一種新的策略。
Interfacial Fe-O-Ni-O-Fe Bonding Regulates the Active Ni Sites of Ni-MOFs via Iron Doping and Decorating with FeOOH for Super-Efficient Oxygen Evolution. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202116934
