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(资料图片仅供参考)
研究内容
电化学分解水来生产氢气提供了一种很有前途的替代能源供应方式，考虑到具有多种反应中间体的缓慢析氧反应（OER）动力学导致显著的过电势和能源效率的显著损失，OER被认为是一个关键挑战。铁（Fe）基双金属氧化物/氢氧化物已被广泛研究用于有前景的碱性电化学析氧反应（OER），但Fe3+或Fe4+中间体是否对有效的OER具有高活性仍存在争议。
中国科学院大连化学物理研究所章福祥研究员采用OER惰性V元素作为促进剂，完全避免了真正活性金属的争论，并以最近开发的一维导电磷化镍（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。所获得的分级纳米复合材料（FeVOx/NP）被评估为模型催化剂，通过进行原位X射线吸收光谱和57Fe-Moõssbauer光谱测量来深入了解作为高活性OER位点的铁基物。研究发现，高价Fe4+只能在FeVOx/NP纳米复合材料的OER过程中检测到，而不是铁对应物本身。再加上钒和铁对应物的OER活性远不如FeVOx/NP复合物，证实所形成的高价Fe4+是高效OER的高活性物。相关工作以“Confirming High-Valent Iron as Highly Active Species of Water Oxidationon the Fe, V‑CoupledBimetallic Electrocatalyst: In Situ Analysis of X‑ray Absorption and Mossbauer Spectroscopy”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
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研究要点
要点1. 作者通过简单的水热工艺在预制泡沫镍负载的一维（1D）磷化镍（NP）基质的表面上实验生长了Fe，V双金属纳米复合材料（FeVOx），获得的样品相应地表示为FeVOx/NP。
要点2. 作者使用FeVOx/NP电极作为模型催化剂，并将其对应物（FeOx/NP和VOx/NP）作为对照样品，详细讨论了OER性能及其对Fe中心的潜在作用机制。FeVOx/NP代表具有Fe 38%和V 62%的优化金属比的样品（Fe∶V＝38:62）。
要点3. 密度泛函理论模拟证明，Fe和V金属的复合物被认为相对于其对应物导致水氧化的吉布斯自由能和理论超电势降低，这是由于其优异的OER性能，具有极低的OER过电位（在500mA cm-2时为290 mV）和非凡的稳定性（在100 mA cm-2中为1000 h）。
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研究图文
图1. FeVOx/NP复合材料的制备工艺和表征。
图2.（a）FeVOx/NP、对照和参考样品的Fe K-edge XANES光谱，（b）FeVOx/NP、对照和参考样品的V K-edge XANES光谱，（c）FeVOx/NP、对照和参考样品的Fe K-edge FT-EXAFS曲线，（d）FeVOx/NP、对照和参考样品的V K-edge FT-EXAFS曲线，（e）FeVOx/NP和FeOx/NP的Fe-K-edge WT-EXAFS信号以及（f）FeVOx/NP和VOx/NP的V K-edge WT-EXAFS信号。
图3. 电化学OER性能。
图4. 原位表征和密度泛函理论计算。
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文献详情
Confirming High-Valent Iron as HighlyActive Species of Water Oxidation on the Fe, V‑CoupledBimetallic Electrocatalyst: In Situ Analysis of X‑rayAbsorption and MössbauerSpectroscopy
RashidMehmood, Wenjun Fan, Xu Hu, Jiangnan Li, Peijia Liu, Yashi Zhang, Zhen Zhou, JunhuWang, Min Liu, Fuxiang Zhang*
J.Am. Chem. Soc.
DOI: /10.1021/jacs.3c02288
关键词：
