氟掺杂原位生长FeNi@CNTs/C–F催化剂的协同效应及其在氧析出反应中的高效性能研究

为解决OER（氧析出反应）中贵金属催化剂成本高、稳定性差的问题，研究人员通过原位生长和氟掺杂技术合成FeNi@CNTs/C–F催化剂，其表现出272 mV@10 mA cm?2的低过电位和20小时稳定性，优于传统FeNi-74。该研究为设计高效非贵金属OER催化剂提供了新思路。

　　

随着化石燃料资源枯竭和环境问题加剧，氢能因其清洁性和高能量密度（140 MJ kg^?1）成为理想替代能源。然而，电解水制氢的核心反应——氧析出反应（OER）存在动力学缓慢、过电位高等挑战，而贵金属催化剂（如Ir、Ru）成本高昂且不稳定。因此，开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂成为研究焦点。

辽宁省科学技术厅资助的研究团队通过原位生长和氟掺杂技术，设计了一种新型FeNi@CNTs/C–F催化剂。该催化剂结合了金属-有机框架（MOFs）的孔隙结构、碳纳米管（CNTs）的高导电性及氟化物的电子调控作用，在碱性条件下表现出卓越的OER性能：过电位低至272 mV@10 mA cm^?2，塔菲尔斜率44.28 mV dec^?1，并保持20小时稳定性。相关成果发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。

研究团队采用溶热法合成FeNi-MOF/CNTs复合材料，通过高温碳化（400°C）和氟化（300°C）优化结构，利用SEM、XRD等表征手段分析形貌与相变，结合电化学测试评估催化性能。

结果与讨论

1. 形貌与结构分析：SEM显示FeNi-74呈向日葵状纳米花结构，而FeNi@CNTs/C–F表面颗粒更突出，CNTs均匀分散（图S1-S2）。氟化后材料表面粗糙度增加，暴露出更多活性位点。
2. 电化学性能：最优催化剂在1 M KOH中过电位较FeNi-74降低52 mV，归因于CNTs提升电子传导性及氟化物促进活性相（如Fe/Ni氧化物）形成。
3. 协同机制：氟的强电负性调控金属电子结构，形成缺电子位点，增强中间体吸附能力；MOFs衍生的多孔结构与CNTs协同扩大电化学活性面积。

结论与意义
该研究通过“MOFs原位生长+氟掺杂”策略，实现了导电性、活性位点数量及稳定性的协同优化，为OER催化剂设计提供了新范式。FeNi@CNTs/C–F的性能超越多数非贵金属催化剂，且制备方法可扩展至其他过渡金属体系，推动氢能技术产业化进程。