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1研究背景
随着社会对能源需求的日益增长，开发稳定的能量储存和转换技术变得至关重要。在众多先进技术中，水电解制氢因其低成本和大规模工业应用潜力而备受关注。氧气进化反应（OER）作为水分解中的重要半反应，其反应复杂性和多质子转移步骤导致反应动力学缓慢。因此，开发高效率和稳定的催化剂以降低反应能量障碍变得尤为迫切。尽管基于贵金属的催化剂表现出高活性，但其高昂的成本限制了大规模应用。因此，开发廉价且高效的非贵金属催化剂成为了研究的热点。在这一背景下，高熵材料（HEMs）因其多主元特性和优异的稳定性而受到研究者的关注。这些材料由四种、五种或更多均匀分布的主元素组成，展现出单相特性。与传统的单金属或双金属催化剂相比，高熵材料具有更复杂的元素组成，这些元素的复杂组合可以影响材料的宏观和微观结构，赋予催化剂独特的性质，如缓慢的扩散速率和“鸡尾酒效应”。在最近的研究中，高熵氧氢氧化物（HEOs）因其丰富的活性位点和可调的电子结构而展现出更高的催化效率。。
2成果简介
在这项研究中，研究人员成功合成了一种高熵氧氢氧化物（FeCoNiZnOOH）电催化剂，并通过原位电化学重构从FeCoNiZn-MOF前驱体中获得。FeCoNiZnOOH展现出卓越的电催化活性，其在20 mA cm^-2的电流密度下过电位仅为206 mV，优于合成的单金属氧氢氧化物、双金属氧氢氧化物、中等熵氧氢氧化物和商业Ir/C催化剂。这一成果为设计高效的OER催化剂提供了新的思路，即通过调节电子结构和优化电化学性能来实现高熵电催化剂的性能优化。3图文导读
图1FeCoNiZn-MOF合成及其重构为FeCoNiZnOOH的示意图。图2 (a) FeCoNiZn-MOF的场发射扫描电子显微镜（FESEM）图像；(b-c) FeCoNiZnOOH的FESEM图像；(d) FeCoNiZnOOH的透射电子显微镜（TEM）图像；(e) FeCoNiZnOOH的高分辨率TEM图像；(f) FeCoNiZnOOH的选区电子衍射（SAED）图案；(g) FeCoNiZnOOH的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像和EDS元素映射图像。图3(a) FeCoNiZnOOH的原位拉曼光谱；(b) FeCoNiZnOOH的XPS总谱；(c-f) FeCoNiZnOOH的高分辨率Fe 2p、Co 2p、Ni 2p和Zn 2p XPS光谱：图4电化学OER测量结果。(a) 不同催化剂的LSV曲线；(b) 在20和50 mA cm^-2对应的过电位；(c) Tafel图；(d) Nyquist图；(e) 双层电容（Cdl）图；(f) 在264 mV下的TOF（周转频率）；(g) FeCoNiZnOOH的计时电流测试；(h) FeCoNiZnOOH (+) || Pt/C (−)配置的极化曲线；(i) FeCoNiZnOOH (+) || Pt/C (−)在10 mA cm^-2的计时电流测试图5 FeCoNiZnOOH和NiOOH的DFT计算。(a, b) FeCoNiZnOOH和NiOOH的结构模型；(c) 样品的DOS；(d) FeCoNiZnOOH中组成元素的d轨道PDOS；(e) FeCoNiZnOOH和NiOOH的PDOS；(f) 可见机制图；(g) 催化剂中OER过程的自由能图。
4小结
这项研究通过原位电化学重构方法成功合成了高熵氧氢氧化物FeCoNiZnOOH，并展示了其在氧气进化反应中的卓越性能。研究人员发现，FeCoNiZnOOH中的Fe/Co/Ni/Zn 3d轨道重叠驱动的协同效应是其优异电催化活性的关键。金属3d轨道的重叠激活了金属间的相互作用，影响了FeCoNiZnOOH的电子结构，并提高了电导率。金属间强烈的相互作用可以向下移动d带中心并优化中间体的吸附强度。同时，FeCoNiZnOOH中的金属d轨道重叠和金属间的协同效应降低了OER反应能量障碍，有利于*OH的解离，并促进了反应。这项工作展示了通过3d轨道重叠调节d带中心的重要性，为设计和开发新型高效OER催化剂提供了新的思路和方法。文献：
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161760
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