在析氧反应（OER）过程中，异质单元之间的界面电场（IEF）对活性中心的电子调制起着重要作用，然而空间上分离的IEF之间微弱的电子耦合限制了催化剂表面金属位点的深度活化。
2024年11月9日，河南大学赵勇、王晓兵团队在Advanced Functional Materials期刊发表题为“Electron‐Penetrating in Heterointerface Engineering for Oxygen Evolution Reaction in Seawater Splitting”的研究论文，团队成员李汪洋为论文第一作者，王晓兵为论文通讯作者。
该研究提供了一种概念验证策略，即在异质单元中嵌入具有高自旋铁轨道的MS2（M=Ni3Fe）物种，以促进IEF之间的电子穿透。通过设计一种Fe2O3@MS/MS2@MOy模型催化剂，相邻IEF之间的电子相互作用得到了有效增强，从而促进了表面双金属的深度氧化，打破了催化剂在OER过程中吸附演化机制（AEM）和晶格氧机制（LOM）之间的竞争关系。因此，合成电极的起始过电位仅为171mV，并且在1M KOH+0.5M NaCl电解液中以10mA cm-2的电流密度条件下可保持2300小时以上的卓越稳定性。
DOI：10.1002/adfm.202416551
该研究在相邻的IEF之间设计了一个“S组电子调制器”，以促进相应的电子耦合。通过设计Fe2O3@MS/MS2@MOy（M=Ni3Fe）夹层核壳催化剂（标记为F-NFS-NF），MS2中的高自旋Fe轨道可促进电子穿透并控制两个界面之间的电子相互作用。因此，表面镍和铁金属位点的氧化作用得到了有效加强，从而提高了关键氧中间产物的吸附和转化率，实现了OER过程中LOM和AEM的强度和比例调制。合成的F-NFS-NF电极的起始过电位仅为171mV，在1M KOH+0.5M NaCl电解液中，电流密度为10mA cm-2时可稳定工作2300小时以上。
总之，所设计的F-NFS-NF催化剂在NFS层中表现出明显的电子穿透现象，增强了IEF之间的电子相互作用，有效地调节了催化剂表面LOM和AEM机制的比例。在此过程中，表面和插入层中的金属价态均随NFS层厚度的增加而变化，证实了电子穿透和IEF之间相互作用的增强。此外，氧中间产物的吸附和去质子化过程也得到了优化。DFT计算发现，NFS2单元中的高自旋铁轨道降低了电子穿透的能垒，增强了表面双金属的氧化程度，提高了关键氧中间体的吸附和转化率。因此，合成的F-NFS-NF电极的起始过电位仅为171mV，在1M KOH+0.5M NaCl电解液中，电流密度为10mA cm-2时可稳定工作2300小时以上。该研究为合理设计高性能电催化剂铺平了新的道路，并拓宽了异质界面材料在催化领域的应用。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
