磷掺杂二硫化钼负载三金属钴铜铁普鲁士蓝类似物用于高效电催化析氧反应

本研究针对析氧反应(OER)动力学缓慢和贵金属催化剂成本高的问题，开发了磷掺杂MoS2(P-MoS2)负载CoCuFe三金属普鲁士蓝类似物(PBA)的复合催化剂。该材料在10 mA cm-2电流密度下仅需186 mV过电位，Tafel斜率为68.9 mV dec-1，显著优于商用RuO2，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。

　　

随着全球碳中和进程加速，开发高效可持续的能源转换技术成为研究热点。其中，析氧反应(OER)作为水分解和金属空气电池等系统的关键半反应，因其复杂的四电子转移过程导致动力学缓慢，严重制约了能源转换效率。目前商业化的贵金属催化剂(IrO_x、RuO_x)虽性能优异，但高昂成本和资源稀缺性阻碍了大规模应用。因此，设计基于过渡金属的高效OER催化剂成为突破能源技术瓶颈的重要方向。

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，构建了具有多重优势的CoCuFe PBA@P-MoS₂催化剂。该研究发表在《Journal of Alloys and Compounds Communications》上，通过多金属协同效应和载体电子调控，实现了186 mV@10 mA cm^-2的超低过电位，为开发实用化非贵金属催化剂提供了新思路。

研究团队主要采用三种关键技术：1)室温共沉淀法合成三金属PBA纳米颗粒；2)水热法制备具有纳米花形貌的P-MoS₂载体；3)超声辅助分散实现活性组分均匀负载。通过系统表征和电化学测试，揭示了材料结构与性能的构效关系。

【材料合成与表征】
通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)证实，CoCuFe PBA成功锚定在P-MoS₂纳米花表面，形成紧密接触的异质结构。X射线光电子能谱(XPS)显示磷掺杂诱导了MoS₂的电子结构重构，而三金属PBA中Co/Cu/Fe之间存在明显的电子转移。

【电催化性能】
在1 M KOH电解液中，复合材料的OER活性显著优于单组分和双金属对照样。电化学阻抗谱(EIS)证实P-MoS₂载体大幅降低了电荷转移电阻，而三金属协同效应使反应中间体的吸附能更趋优化。经过100小时稳定性测试，催化剂仍保持95%以上的初始活性。

【锌空气电池应用】
组装的可充电Zn-air电池展现出325 mW cm^-2的峰值功率密度，循环稳定性优于商业Pt/C+RuO₂体系，验证了材料的实际应用潜力。

这项研究通过精准设计金属-载体电子相互作用，成功解决了传统PBA材料导电性差和单金属活性不足的难题。三金属PBA提供的多重活性位点与P-MoS₂的电子调控形成协同效应，不仅大幅提升OER本征活性，还增强了结构稳定性。该工作为开发高效、稳定的能源转换材料提供了普适性策略，对推动可再生能源技术发展具有重要意义。特别值得注意的是，研究中采用的过渡金属均为地壳丰度较高的元素，符合绿色化学和可持续发展理念，为未来大规模工业化应用奠定了坚实基础。