锶钴铁氧化物@钴铁氧氢氧化物的简易水热合成及其在碱性电解中提升氧析出反应性能研究

研究人员针对氧析出反应(OER)动力学缓慢、贵金属催化剂成本高昂的问题，开发了CoCuFe三金属普鲁士蓝类似物(PBA)与磷掺杂二硫化钼(P-MoS2)的复合催化剂。该材料通过多金属协同效应和电子结构调控，实现了186 mV@10 mA cm-2的低过电位和68.9 mV dec-1的塔菲尔斜率，为可持续能源系统提供了高效稳定的非贵金属催化剂解决方案。

　　

随着全球碳减排需求的日益紧迫，可持续能源转换与存储技术成为研究热点。其中，电解水制氢和金属-空气电池系统中的氧析出反应(OER)因涉及四电子转移过程，存在动力学缓慢、过电位高等瓶颈问题。目前商业化的IrO_x和RuO_x催化剂虽性能优异，但受限于贵金属的稀缺性和高昂成本。因此，开发基于富过渡金属的高效OER催化剂成为学界焦点，这类材料不仅储量丰富，其可调控的电子结构和多样的配位环境更有利于催化活性位点的构建。

韩国Daejung Chemical Co.的研究人员创新性地将三金属普鲁士蓝类似物(CoCuFe PBA)与磷掺杂二硫化钼(P-MoS₂)复合，通过简单的共沉淀-水热法制备了CoCuFe PBA@P-MoS₂催化剂。该研究巧妙结合了PBA的多金属活性中心与MoS₂的导电优势：PBA中Co/Cu/Fe的协同效应可优化中间体吸附能，而P掺杂诱导的MoS₂硫空位缺陷显著提升了电荷传输效率。相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds Communications》上，为设计高性能非贵金属催化剂提供了新思路。

关键技术方法包括：1)室温共沉淀法制备三金属PBA前驱体；2)水热法合成P-MoS₂纳米花载体；3)超声辅助复合构建异质界面；4)电化学工作站测试OER性能；5)锌空气电池组装评估实际应用性能。

【材料表征】
XRD和TEM证实了CoCuFe PBA立方晶相在P-MoS₂表面的均匀分散，HRTEM显示(200)晶面间距0.31 nm与PBA标准卡片匹配。XPS分析发现P掺杂使MoS₂的Mo⁴⁺/Mo⁶⁺比值提升至2.1，表明电子结构优化。

【电化学性能】
在1 M KOH电解液中，复合催化剂仅需186 mV过电位即可达到10 mA cm^-2的电流密度，低于单独组分(CoCuFe PBA: 243 mV; P-MoS₂: 278 mV)。Tafel斜率68.9 mV dec^-1表明其更快的反应动力学，EIS测试显示电荷转移电阻降低至11.2 Ω。

【机理分析】
原位Raman光谱发现反应过程中PBA转化为CoFeOOH活性相，而Cu的掺入稳定了高价态Co⁴⁺。DFT计算证实P-MoS₂与PBA的界面电子耦合使速率决定步骤(O*→OOH*)能垒降低0.37 eV。

【实际应用】
组装的锌空气电池在5 mA cm^-2下功率密度达132 mW cm^-2，100次循环后电压衰减仅8.7%，优于商业Pt/C+RuO₂体系。

该研究通过精准的界面工程和电子结构调控，成功实现了非贵金属催化剂性能的突破。CoCuFe三金属协同与P-MoS₂载体优势的有机结合，不仅为OER催化剂设计提供了"活性位点-导电网络"双优化策略，其简易的合成方法更具备规模化应用潜力。特别值得注意的是，催化剂在实际器件中展现的稳定性，为金属-空气电池等能源技术的商业化推进奠定了材料基础。这项工作深化了对多金属协同机制的认识，也为其他多电子反应催化剂的设计提供了重要参考。