近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員王軍虎團(tuán)隊(duì)與研究員黃延強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作，利用自主研發(fā)的原位電化學(xué)穆斯堡爾譜裝置，對(duì)Ni-Fe基催化劑在電催化析氧反應(yīng)（OER）中的作用機(jī)理開展深入探索。該合作團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)，在OER起始電位附近觀察到存在大量Fe⁴⁺，并進(jìn)一步證實(shí)了OER的電流密度與原位產(chǎn)生的高價(jià)鐵物種含量密切相關(guān)。

電催化析氧材料的研究對(duì)氫能源和金屬空氣電池等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義，而目前商業(yè)化的多為Ru、Ir基等貴金屬催化劑，開發(fā)性能優(yōu)異且價(jià)格低廉的非貴金屬OER催化劑是近年來的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，借助原位穆斯堡爾譜等方法研究OER材料的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)而指導(dǎo)高性能OER催材料合成，已成為探索OER材料的重要手段。此前，已有對(duì)Ni-Fe羥基氧化物OER催化劑的原位穆斯堡爾譜研究報(bào)道，發(fā)現(xiàn)在OER中的確有高價(jià)鐵物種的存在。然而，該研究報(bào)道的觀察是在相對(duì)較高的電位下生成（遠(yuǎn)高于OER的起始電位），并認(rèn)為動(dòng)力學(xué)上高價(jià)鐵物種不能有效促進(jìn)OER反應(yīng)的進(jìn)行（JACS，2015）。

研究中，合作團(tuán)隊(duì)以普魯士藍(lán)類似物為前驅(qū)體，通過拓?fù)滢D(zhuǎn)型的方法制備了低結(jié)晶度的Ni-Fe羥基氧化物，其具有高的OER活性；通過原位電化學(xué)穆斯堡爾譜技術(shù)對(duì)其研究，發(fā)現(xiàn)在OER起始電位附近生成大量的Fe4+（1.42 V vs. RHE , 12%），隨著電壓的增加，其含量可高達(dá)40%（1.57 V vs. RHE）。通過系統(tǒng)研究，合作團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了OER的電流密度與高價(jià)鐵物種（Fe⁴⁺）的含量呈正相關(guān)，加深了對(duì)Ni-Fe羥基氧化物在OER中的反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

相關(guān)工作發(fā)表在《能源化學(xué)》（Journal of Energy Chemistry）上，并被遴選為封面文章。研究工作得到中科院對(duì)外合作重點(diǎn)項(xiàng)目等的資助。

大連化物所利用原位電化學(xué)穆斯堡爾譜揭示Ni-Fe基羥基氧化物在電催化析氧反應(yīng)中的作用機(jī)理