電化學(xué)水分解產(chǎn)氫在儲(chǔ)存間歇性可再生能源和緩解全球環(huán)境問題方面起著關(guān)鍵作用。在陰極析氫反應(yīng)(HER)和陽極析氧反應(yīng)(OER)反應(yīng)中，OER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢，限制了水分解產(chǎn)氫效率。因此，有必要設(shè)計(jì)一種高效穩(wěn)定的OER催化劑以克服緩慢的動(dòng)力學(xué)。Fe(O)OH、Ni(O)OH和Co(O)OH是OER活性中等的催化劑，而它們的化合物如FeNi或FeCo羥基氧化物表現(xiàn)出超過一個(gè)數(shù)量級(jí)的內(nèi)在活性，這引起了人們的極大興趣。

為了了解其潛在的反應(yīng)機(jī)制，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)良的OER催化劑，人們已經(jīng)采用了先進(jìn)的表征技術(shù)(包括原位和異位)和理論計(jì)算對(duì)其進(jìn)行深入研究。然而，在協(xié)同效應(yīng)、真正的活性位點(diǎn)、金屬價(jià)態(tài)、機(jī)制和局部結(jié)構(gòu)等方面仍然存在著爭(zhēng)議。

基于此，上海交通大學(xué)宋鈁課題組通過研究FeO_xH_y的載體依賴性促進(jìn)作用，揭示了陽極沉積的FeO_xH_y與金屬羥基氧化物的活性氧物種之間的密切聯(lián)系。具體而言，F(xiàn)eO_xH_y@M(O)OH (M=Fe，Co，Ni，Cu，Ag，Au，Ti，Nb，Sn)的OER催化活性和Tafel斜率對(duì)氧物種的出現(xiàn)和種類有很強(qiáng)的依賴性。

FeO_xH_y協(xié)同促進(jìn)載體，可以產(chǎn)生特異性活性氧物種，并且FeO_xH_y@M(O)OH的起始OER電位與活性氧物種產(chǎn)生電位一致，而完整的MOOH存在幾十或幾百毫伏的電位間隙。這種相關(guān)性意味著陽極沉積的FeO_xH_y與MOOH載體的活性氧物種之間存在強(qiáng)烈的協(xié)同作用。

有研究表明，F(xiàn)e的引入能夠誘導(dǎo)活性氧物種的形成，而該項(xiàng)工作表明FeO_xH_y不會(huì)對(duì)活性氧物種產(chǎn)生影響，這與前期報(bào)道的活性氧不是Fe促進(jìn)的催化劑中O₂分子的前體相一致。更重要的是，該項(xiàng)工作還證明了FeO_xH_y和活性氧之間的協(xié)同催化作用，與Fe誘導(dǎo)內(nèi)亥姆霍茲平面中活性氧和OH^?之間界面相互作用的報(bào)道相反。

這一發(fā)現(xiàn)為Fe促進(jìn)的催化劑的協(xié)同催化提供了補(bǔ)充信息，有助于進(jìn)一步闡明OER的完整催化過程。綜上，產(chǎn)生活性氧物種的能力可以很好地描述FeO_xH_y促進(jìn)的復(fù)合催化劑的協(xié)同作用和本征催化活性，這為協(xié)同效應(yīng)提供了新的見解。

Active oxygen species mediate the iron-promoting electrocatalysis of oxygen evolution reaction on metal oxyhydroxides. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-42646-z