電化學(xué)析氧反應(yīng)(OER)比其他陽極反應(yīng)具有更廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于多步電化學(xué)水氧化過程中涉及的高能壘，OER的動力學(xué)過程緩慢，從而降低了催化效率。有文獻(xiàn)報道，同時設(shè)計電極上的中尺度傳質(zhì)和表面反應(yīng)可以促進(jìn)析氧反應(yīng)(OER)的動力學(xué)。
基于此，中科院大連化物所劉健和鄭州輕工業(yè)大學(xué)方少明等報道了在單分散空心亞微Fe@MoS2-C上同時調(diào)節(jié)中尺度擴(kuò)散和Mo-Fe-C活性位點(diǎn)形成，以實(shí)現(xiàn)高效的電化學(xué)水氧化。
具體而言，研究人員通過膠束限制微乳液技術(shù)制備了一系列具有硫空位和插層碳的MoS2-C。有限元分析結(jié)果表明，與中尺度傳質(zhì)相關(guān)的流速和壓差可以在中空納米結(jié)構(gòu)中得到高度改善；單分子碳嵌入MoS2的(002)晶面導(dǎo)致超晶格并增加硫空位的數(shù)量。
中空催化劑中的硫空位和插層碳為Fe錨定在Mo-Fe-C位點(diǎn)提供了獨(dú)特的微環(huán)境，從而產(chǎn)生了Fe@MoS2-C亞微催化劑。得益于豐富的中尺度擴(kuò)散和特定的局部結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e@MoS2-C的OER過電位明顯低于其他文獻(xiàn)報告的Fe基SAC，它在連續(xù)電解測試中也表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性
密度泛函理論(DFT)計算證明，催化劑優(yōu)異的電化學(xué)性能源自于Mo-Fe-C配位結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、“MoOx→Fe→C”的電子傳輸通道”以及雙錨定模型中有利的d帶中心。動力學(xué)計算進(jìn)一步表明雙錨定位點(diǎn)可以改變RDS并優(yōu)化氧中間體的吸附和解吸，從而降低水氧化的反應(yīng)阻礙。該項工作有助于理解傳質(zhì)和催化活性之間的關(guān)系，并可能通過單分散亞微反應(yīng)器的工程設(shè)計為先進(jìn)電催化劑的設(shè)計提供見解。
Modulation of Mo-Fe-C Sites Over Mesoscale Diffusion-Enhanced Hollow Sub-Micro Reactors Toward Boosted Electrochemical Water Oxidation. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202141
