CoFe合金构筑Fe桥接电子超高速通道的Mott-Schottky异质结实现高效水与尿素电解

《Journal of Materials Science & Technology》：CoFe alloy realizing enhanced Fe-bridged electron superhighways in Mott-Schottky heterojunctions for efficient water and urea electrolysis

本文报道了一种基于普鲁士蓝类似物前驱体构建CoFe/Co2P Mott-Schottky异质结的策略。研究表明，Fe作为电子供体通过低电负性扩大界面功函数差(ΔΦ)，协同优化d带电子结构，加速电荷转移动力学。该催化剂在尿素氧化反应(UOR)、析氧反应(OER)和析氢反应(HER)中表现优异，原位表征揭示其可直接氧化尿素分子，规避CoOOH限速步骤形成，使尿素辅助制氢电解池仅需1.314 V即可达到10 mA cm?2，为高效制氢催化剂设计提供新思路。

　　

Highlight

通过金属协同效应和界面工程，CoFe/Co₂P异质结构建了Fe桥接的电子超高速通道，显著提升电催化性能。

Section snippets

Preparation of P-CoFe PBA precursor

ZIF-67的合成参照本课题组报道方法稍作修改[10]。将100 mg ZIF-67多面体分散于40 mL乙醇中形成溶液A。同时将200 mg PF和200 mg (NH₄)₂HPO₄溶解于20 mL H₂O中形成溶液B。随后将溶液B快速注入ZIF-67溶液，搅拌2小时。过滤收集产物并在真空干燥箱中干燥，浸出产物记为P掺杂前驱体。

Synthesis and characterization of the pre-catalysts

异质结构中的功函数差(ΔΦ)是界面电荷转移的驱动力[25]。与传统将铁作为掺杂剂分散在基底中的方法不同，基于金属协同理论，钴和铁之间的强电子耦合（Co：1.25 ?，3d⁷4s²；Fe：1.26 ?，3d⁶4s²）实现了原子级均匀分散。这种原子级协同作用降低了费米能级附近的态密度，优化了Mott-Schottky体系中的能带对齐。

Conclusions

本研究创新性地结合普鲁士蓝前驱体模板法与可控磷化技术，成功构建了氮掺杂碳包覆的双金属合金CoFe/Co₂P核壳异质结构。理论和实验证据证实，双金属合金-半导体界面形成的梯度肖特基势垒可产生强内置电场(BEF)，显著提升界面电荷转移效率。强电子相互作用使Co位点实现持续电子富集，为高效电催化提供了新范式。