DOI：10.1021/acscatal.4c04454
研究背景
电解水制氢是实现绿色和可持续能源发展的关键环节。然而，由于阳极析氧反应（OER）动力学缓慢，开发高效的OER催化剂对于提高电解水制氢效率至关重要。将Mo、W、V等高价金属掺入FeNi基氧化物的策略已被广泛应用于提升催化剂在碱性环境下的OER活性。现有研究普遍认为这些高价金属在OER条件下具有稳定性，并以此为基础理解相关的OER机理，然而，忽视了在碱性条件下，这些金属在经历电氧化过程后可能发生的溶出现象。这一溶出行为可能导致先前对OER机制的理解出现偏差。因此，本文揭示了FeNiMOx（M= Mo、V或W）中高价金属在OER过程中的溶出行为，并通过研究催化剂的结构演变，阐明了这一溶出现象对加速析氧反应动力学的作用，为这类催化剂的机制提供了新的见解。
本文要点
图文解析
图 1. 高价金属的溶解影响催化剂的表面结构和OER反应机制的示意图。
图 2.（A）FeNiMoOx与FeNiOx和RuO2在1 M KOH中的OER极化曲线。（B）FeNi和FeNiMoOx 在10和100 mA/cm2下的过电位比较。（C）FeNi和FeNiMoOx的BET归一化电流比较。（D）从（A）中的 LSV 曲线得出的塔菲尔斜率。（E）在100 mA/cm2 的恒定电流密度下的稳定性测试。（F）Pt/C||FeNiMoOx 和 Pt/C||RuO2 的整体水分解极化曲线。（G）在100 mA/cm2的电流密度下，Pt/C||FeNiMoOx 和 Pt/C||RuO2的整体分解水稳定性测试。
图 4.OER期间FeNi基氧化物表面重建与反应之间的关系。（A）FeNiMoOx的化学溶解（FeNiMoOx–C）和电化学溶解（FeNiMoOx）的比较。（注意：化学溶解，表明预催化剂浸没在1 M KOH 中）。（B、C）OER期间FeNiMoOx和FeNiOx 催化剂的奈奎斯特图。（D）OER期间 FeNiMoOx表面重建与OER之间关系的示意图。（E，F）OER期间FeNi基氧化物的等效电阻（R1:催化剂电氧化阻抗和R2: OER电荷转移阻抗）和电位的相关性。在1.56 V与RHE的OER 中对（G，I）FeNiMoOx和（H）FeNiOx进行原位拉曼光谱测量。（J）在10 min时从原位拉曼光谱获得的 FeNiOx和FeNiMoOx的I482/I559。
图 5.（A）原始（P）和重构后（R）FeNiMoOx的EPR波谱。FeNiOx、FeNiMoOx 和 FeNiMoOx-C的（B）O 1s和（C）Ni 2p XPS 谱图。（D）各种氧化物O的O 2p位置的示意图：FeNiOx、FeNiMoOx 和 FeNiMoOx-O。（E）FeNiOx和FeNiMoOx在1 M KOH和TMAOH 中的极化曲线。（F）FeNiOx、FeNiMoOx-P（P 代表原始）和FeNiMoOx的Ni和O的PDOS。（G）不同方法对Mo的溶解能（注意：MoO2是化学方法，因为构建模型中的Mo元素保持MoO2。MoO3是由于较高的氧化电位而导致的电化学溶解，导致Mo的氧化态较高。（H）FeNiOx和FeNiMoOx上OER 反应的吉布斯自由能变化图。
图 6. FeNi基催化剂中高价金属溶解促进机制的扩展。（A）OER测试后电解质中V和W的溶解量。（B）FeNi 基氧化物催化剂在1 M KOH中的线性扫描伏安法（LSV）曲线。（C、D）OER期间FeNi基氧化物的等效电阻（R1:催化剂电氧化阻抗和R2: OER电荷转移阻抗）和电位的相关性。
总结与展望
课题组介绍
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