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镍铁水合氧化物作为水分解析氧反应(OER)的电催化剂,因其高效性和稳定性而备受关注。在面向实用化的电解水技术研究中,解析镍铁水合氧化物在OER中高催化性能的机制,深入认识Fe和Ni在该过程中所起的作用是非常重要的。 研究表明,微量的Fe引入会显著影响镍水合氧化物基质的循环伏安过程和OER过电位。随着对镍铁水合氧化物的进一步深入研究,认为Fe和Ni都可能成为是主要活性位点,可能的形式包括Fe3+/Fe4+转变形成的活性位点、Ni3+/4+-Fe3+以及高价Fe4+物种等。 近日,伊朗基础科学先进研究院Mohammad Mahdi Najafpour博士、中国科学院大连化学物理研究所王军虎研究员和河南大学刘太丰副教授合作,利用原位工况穆斯堡尔谱等多种原位技术,并结合理论计算模拟,系统探讨了镍铁水合氧化物在碱性环境中促进氧气析出反应的机制,深入分析了Fe在这一过程中所起的作用。讨论了不同过电位对应的OER区域及其活性位点,通过镍铁水合氧化物的策略性合成和深入分析,提出表面与体相两种不同的Fe物种,强调Fe与Ni之间的相互作用及通过控制Fe的引入优化催化性能的潜力。
通过原位工况穆斯堡尔谱对镍铁水合氧化物进行精细的合成与分析,结果显示,即便在撤去外加电位下,高价铁在镍铁水合氧化物中仍表现出高度稳定性。然而,在用铁盐处理的镍水合氧化物的限速步骤(RDS)中未检测到高价铁存在。在过电位较低(200–300 mV)的OER区域中,许多三价铁氧化为高价铁是电荷累积的前提条件。因此,认为少量高价态铁,尤其是位于表面的高价态铁,在OER过程中发挥了积极作用。 本研究全面探讨了在碱性介质中镍铁(氢)氧化物中高价态铁对OER的作用。采用了一系列原位技术,如X射线吸收谱、可见光谱、表面增强拉曼光谱(SERS)和穆斯堡尔谱,以揭示OER过程中的动态变化和机制。从实验结果提出了作者自己的新观点:少量表面高价态铁积极参与OER过程,而体相高价铁主要用于电荷累积。 论文信息 A Hypothesis on the Function of High-Valent Fe in NiFe (Hydr)oxide in the Oxygen-Evolution Reaction Nader Akbari, Jafar Hussain Shah, Cejun Hu, Subhajit Nandy, Pavlo Aleshkevych, Rile Ge, Sumbal Farid, Changchang Dong, Liang Zhang, Keun Hwa Chae, Wei Xie, Taifeng Liu, Junhu Wang, Mohammad Mahdi Najafpour Angewandte Chemie International Edition


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