近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員王軍虎團隊與研究員黃延強團隊合作，利用自主研發(fā)的原位電化學穆斯堡爾譜裝置，對Ni-Fe基催化劑在電催化析氧反應（OER）中的作用機理開展深入探索。該合作團隊通過實驗，在OER起始電位附近觀察到存在大量Fe⁴⁺，并進一步證實了OER的電流密度與原位產(chǎn)生的高價鐵物種含量密切相關。

電催化析氧材料的研究對氫能源和金屬空氣電池等領域的發(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)異且價格低廉的非貴金屬OER催化劑是近年來的研究熱點。同時，借助原位穆斯堡爾譜等方法研究OER材料的反應機理進而指導高性能OER催材料合成，已成為探索OER材料的重要手段。此前，已有對Ni-Fe羥基氧化物OER催化劑的原位穆斯堡爾譜研究報道，發(fā)現(xiàn)在OER中的確有高價鐵物種的存在。然而，該研究報道的觀察是在相對較高的電位下生成（遠高于OER的起始電位），并認為動力學上高價鐵物種不能有效促進OER反應的進行（JACS，2015）。

研究中，合作團隊以普魯士藍類似物為前驅(qū)體，通過拓撲轉(zhuǎn)型的方法制備了低結晶度的Ni-Fe羥基氧化物，其具有高的OER活性；通過原位電化學穆斯堡爾譜技術對其研究，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40%（1.57 V vs. RHE）。通過系統(tǒng)研究，合作團隊從實驗上證實了OER的電流密度與高價鐵物種（Fe⁴⁺）的含量呈正相關，加深了對Ni-Fe羥基氧化物在OER中的反應機理的認識。

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

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