Fe-MOF/FeCo-LDH复合电催化剂：高效水氧化与葡萄糖氧化协同促进氢能生产

本研究针对传统水电解制氢中氧析出反应(OER)能耗高的问题，创新性地设计Fe-MOF/FeCo-LDH_0.6复合电催化剂，通过葡萄糖氧化反应(GOR)替代OER，在1.0 M KOH中实现265 mV@10 mA cm?2的低过电位，两电极体系下仅需1.31 V即可产氢，同步生成甲酸等高附加值产物，为清洁能源与绿色化工协同发展提供新策略。

　　

随着全球能源需求激增，化石燃料过度使用导致的环境问题日益严峻。氢能作为清洁能源载体，其电解水制备技术却受限于高能耗的氧析出反应(OER)——这个四电子转移过程需要0.3-0.6 V的过电位，严重制约了氢能的大规模应用。更棘手的是，传统贵金属催化剂成本高昂，而非贵金属催化剂又面临活性不足、稳定性差的挑战。在此背景下，蚌埠医学院（Bengbu Medical University）的研究团队独辟蹊径，将目光投向生物质资源葡萄糖，试图通过其氧化反应(GOR)替代OER，同时实现低能耗制氢和高值化学品合成的"一石二鸟"之效。

研究人员采用水热法构建了独特的纺锤形Fe-MOF/FeCo-LDH_0.6复合结构，通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)等技术确认材料形貌。电化学测试采用标准三电极体系，在1.0 M KOH电解液中评估OER性能，两电极体系则与Pt/C/NF阴极耦合测试整体水分解效率。特别引入0.1 M葡萄糖溶液研究GOR对产氢的促进作用，并通过高效液相色谱(HPLC)分析氧化产物。

合成与表征
纺锤形Fe-MOF前驱体通过调控丁二酸与九水硝酸铁摩尔比制备，XRD显示其与MIL-88A标准卡片匹配。FeCo-LDH的引入使复合材料比表面积提升至179.8 m² g^?1，TEM观察到清晰的晶格条纹证实Fe-O-Co键形成，X射线光电子能谱(XPS)揭示界面电子转移导致Co 2p轨道结合能正移0.3 eV。

电催化性能
在三电极体系中，Fe-MOF/FeCo-LDH_0.6/NF电极在10 mA cm^?2电流密度下仅需265 mV过电位，远优于单一组分催化剂。两电极体系在葡萄糖存在时，10 mA cm^?2下电压从1.54 V降至1.31 V，能量效率提升14.9%。计时电位测试显示催化剂在20 mA cm^?2下稳定运行60小时无衰减。

反应机理
原位拉曼光谱发现，在1.35 V vs. RHE电位下出现Co⁴⁺=O特征峰，证实活性物种生成。密度泛函理论(DFT)计算表明，Fe-MOF与FeCo-LDH界面处的电荷重分布使Co位点d带中心上移，降低GOR决速步能垒至0.82 eV。HPLC检测到甲酸选择性达78.3%，证实葡萄糖通过C-C键断裂路径氧化。

这项发表于《International Journal of Hydrogen Energy》的研究，通过精准设计Fe-MOF/FeCo-LDH界面结构，首次实现GOR辅助电解水制氢系统的长期稳定运行。其创新价值体现在三方面：技术上，开发出成本仅为贵金属催化剂1/20的高效非贵金属催化剂；理论上，阐明Fe-O-Co键介导的电子转移增强机制；应用上，开创"制氢-产酸"双功能新模式。该工作为生物质资源化利用与清洁能源生产的协同发展提供了教科书级范例，被审稿人评价为"电催化领域概念性突破"。