铁铬共掺钴氢氧化物显著提升析氧反应活性与稳定性

本研究针对析氧反应(OER)中高氧化态金属-OOH中间体形成困难这一关键瓶颈，通过Fe、Cr协同掺杂策略设计出CoFeCr(氧)氢氧化物电催化剂。该材料在1 M KOH中表现出203 mV@10 mA cm?2 的低过电位和42.03 mV dec?1 的塔菲尔斜率，连续运行100小时保持稳定，为大规模水分解提供了高效解决方案。

　　

在可再生能源技术快速发展的今天，水分解制氢被视为解决能源危机的重要途径。然而，这一过程中的阳极析氧反应(OER)因其复杂的四电子转移机制成为制约效率的关键瓶颈。传统催化剂面临高过电位、反应动力学缓慢等挑战，特别是金属-OOH中间体的形成作为限速步骤严重制约反应效率。尽管钴基材料因其t_2g
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电子构型展现出潜力，但如何进一步提升其催化活性与稳定性仍是学界难题。

韩国仁荷大学Kiyoung Lee团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表的研究中，创新性地采用Fe、Cr共掺策略构建了Co_2.0
Fe_0.5
Cr_0.5
(氧)氢氧化物电催化剂。通过电沉积法在泡沫镍基底上制备薄膜电极，结合FESEM(场发射扫描电镜)、XRD(X射线衍射)和XPS(X射线光电子能谱)进行表征，系统研究了元素掺杂对材料形貌、电子结构及催化性能的影响。

Experimental section
研究采用三金属共沉积技术，以硝酸盐为前驱体在泡沫镍上制备催化剂。通过调控Co/Fe/Cr摩尔比，获得从片状到纳米球的形貌演变，其中Co_2.0
Fe_0.5
Cr_0.5
组分展现出最优异的性能组合。

Results and discussion
形貌分析显示，纯Co(OH)₂
呈无序纤维状结构，而Fe、Cr的引入诱导形成均匀纳米球，比表面积显著增加。XPS证实Cr⁶⁺
物种的存在，其通过稳定Co⁴⁺
活性中心提升催化效率。电化学测试表明，该催化剂在10 mA cm^?2
电流密度下过电位仅203 mV，塔菲尔斜率低至42.03 mV dec^?1
，优于多数NiFe基催化剂。

Conclusions
该研究揭示了Fe、Cr的协同作用机制：Fe促进OOH中间体形成，Cr通过高氧化态(Cr⁶⁺
)提升电子传导并稳定活性位点。催化剂在100 mA cm^?2
大电流下持续100小时保持稳定，为工业级水分解装置提供了新材料解决方案。这项工作不仅阐明了多金属协同催化机理，更为设计高效非贵金属催化剂提供了新范式。