铁钴双金属有机框架材料的可控合成及其高效电催化析氧性能研究

本文针对清洁能源转换系统中析氧反应(OER)催化剂成本高、稳定性差的难题，通过简易回流法设计制备了Fe0.82Co0.18-MOF复合材料。该催化剂在1.0 M KOH中仅需280 mV过电位即可达到10 mA cm-2电流密度，Tafel斜率低至38 mV dec-1，并保持12小时稳定运行，其优异性能源于Fe-Co协同效应，为替代贵金属催化剂提供了新思路。

　　

随着化石燃料的过度消耗，开发高效清洁能源转换技术成为全球焦点。其中，电解水制氢技术中的析氧反应(OER)因其四电子转移过程的复杂性，成为制约能源转换效率的瓶颈。当前主流贵金属催化剂(RuO₂/IrO₂)虽性能优异，但高昂成本和资源稀缺性严重阻碍其大规模应用。研究表明，铁(Fe)和钴(Co)基材料因其独特的电子结构，在电化学火山图中展现出替代贵金属的潜力。特别是具有多孔结构和可调控活性位点的金属有机框架(MOF)材料，通过双金属协同效应可显著提升OER性能，但如何实现低成本制备及长效稳定性仍是重大挑战。

针对这一难题，来自Shiraz大学的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表论文，报道了一种通过简易回流法制备的Fe_0.82Co_0.18-MOF双金属催化剂。该研究采用金属氯化物与1,4-苯二甲酸(BDC)配体在温和条件下反应，通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)确认金属比例，并系统考察了不同Fe/Co配比对OER性能的影响。研究人员利用碳糊电极(CPE)作为载体，通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术表征材料形貌与电子结构，结合线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)评估催化性能。

Results and discussion部分揭示：通过调控Fe/Co摩尔比，Fe_0.82Co_0.18-MOF在1.0 M KOH中仅需280 mV过电位即可驱动10 mA cm^-2的电流密度，显著优于商业RuO₂催化剂。XPS分析表明，Co的引入导致Fe 2p轨道结合能负移，证实了金属间电子转移；BET测试显示材料具有高达318 m²/g的比表面积，为反应提供丰富活性位点。值得注意的是，该催化剂展现出38 mV dec^-1的超低Tafel斜率，表明其具有优异的电荷转移动力学。

Conclusions部分强调：这种通过回流法构建的FeCo-MOF具有三大优势：(1)双金属协同效应优化了电子结构，使反应能垒降低；(2)多级孔结构促进电解液渗透和气泡释放；(3)稳定的配位环境确保12小时持续工作不衰减。该研究为设计非贵金属OER催化剂提供了新范式，其简易合成方法更具备工业化应用前景。

这项工作的创新性在于：首次采用回流法精确控制Fe-Co配比，避免了传统水热法的高能耗缺陷；通过系统表征揭示了双金属活性中心的协同机制；开发的催化剂性能已接近部分贵金属基准材料。未来研究可进一步探索MOF骨架中引入第三金属或杂原子掺杂，以突破现有性能极限。