章福祥团队JACS：XAS和穆斯堡尔谱原位分析，确定高价铁是活性OER物种

为了解决氧化铁导电性差和活性低的问题，人们作出了大量的尝试和努力，其中铁与一些高价金属如W、Ta和Mo的复合已被证明是最有效的策略之一。在此基础上，Fe和Co(或Ni)之间的氧化物/氢氧化物纳米复合材料近年来被开发成为最有效的非贵金属OER催化剂之一。然而，考虑到镍和钴基氧化物/氢氧化物已被广泛认为是高活性的OER催化剂，使得OER的真正活性中心具有争议性。因此，有必要设计和合成铁基模型催化剂以确认铁(Fe3+或Fe4+)是否是有效和稳健的OER的活性中心。

基于此，中科院大连化物所章福祥课题组以一维导电磷化镍(NP)为载体，合理地设计和制备了一种Fe，V基双金属复合纳米片(FeVOx/NP)。电化学性能测试结果显示，FeVOx/NP在50、100和500 mA cm−2电流密度下的OER过电位分别为216、241和290 mV，Tafel斜率为56 mV dec−1。

此外，该催化剂能够在100 mA cm−2电流密度下连续运行1000小时仅有轻微的过电位上升，并且反应后催化剂的结构没有发生明显变化，表明该催化剂具有优异的稳定性。

实验结果和理论计算表明，Fe4+中间物种仅在FeVOx/NP复合物的OER过程中检测到，再加上V和Fe对应物的OER活性远远低于FeVOx/NP复合物，可以证实形成的高价Fe4+是高效的OER活性物种。

此外，在不同的电位下，高价铁物种和OER电流密度之间的正相关关系表明，原位产生的高价铁中间体在催化水氧化反应中起着关键作用。总的来说，这项工作证明了Fe基双金属氧化物中Fe4+物种的高活性，这为开发高效的Fe基OER催化剂提供了理论基础。

Confirming High-Valent Iron as Highly Active Species of Water Oxidation on the Fe, V-Coupled Bimetallic Electrocatalyst: In Situ Analysis of X-ray Absorption and Mössbauer Spectroscopy. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c02288

转自：“萤火科研”微信公众号

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