尖晶石型催化劑是用于堿性析氧反應(yīng)(OER)的有前途的材料，其具有低過電位以及優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。近日，德國馬普學(xué)會(huì)弗里茨-哈伯研究所Beatriz Roldan Cuenya課題組比較了兩種結(jié)構(gòu)相同的Co2FeO4尖晶石(微乳液法和常規(guī)法制備)，它們具有顯著不同的OER活性。特別是，研究發(fā)現(xiàn)其中一種催化劑處于亞穩(wěn)態(tài)預(yù)催化劑狀態(tài)，在反應(yīng)過程中能夠迅速達(dá)到其最佳；而另一種更接近理想晶體尖晶石結(jié)構(gòu)的催化劑從未達(dá)到這種狀態(tài)，需要168 mV的高電位才能達(dá)到1 mA cm-2。
研究人員揭示了在Co-Fe尖晶石主體附近豐富的可還原Co3+位點(diǎn)在OER催化中起關(guān)鍵作用，使微乳液Co2FeO4成為更好的電催化劑。微乳液Co2FeO4固有的納米級(jí)異質(zhì)性有利于提高OER動(dòng)力學(xué)。盡管Co對(duì)于OER活性至關(guān)重要，但不能排除流動(dòng)的Fe離子與富含Co的少數(shù)相相互作用的影響。然而，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以明顯看出，常規(guī)Co2FeO4樣品的富鐵近表面不會(huì)產(chǎn)生更高的催化活性，這表明最佳Co:Fe比有利于提升OER活性。在這兩個(gè)樣品中，F(xiàn)e對(duì)OER條件沒有決定性的響應(yīng)，這表明來自主體材料的Fe的反應(yīng)性較低。此外，研究人員強(qiáng)調(diào)了將近表面表征與先進(jìn)的電子顯微鏡相結(jié)合以識(shí)別成分納米級(jí)不均勻性的重要性，這些不均勻性可能與非均相粉末催化劑的增強(qiáng)催化性能有關(guān)。最后，與常規(guī)的Co2FeO4樣品相比，活性更高的微乳液Co2FeO4還具有更高的耐腐蝕性，這歸因于納米級(jí)異質(zhì)性，其中結(jié)構(gòu)靈活的富鈷羥基氧化物穩(wěn)定了Co2FeO4主體結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，這一發(fā)現(xiàn)證明了通過在結(jié)晶主體結(jié)構(gòu)中引入次級(jí)無定形羥基氧化物相可能性，為設(shè)計(jì)先進(jìn)的OER催化劑提供了思路。Role of Nanoscale Inhomogeneities in Co2FeO4 Catalysts during the Oxygen Evolution Reaction. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c00850
