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析氧反應(OER)在可充鋅-空氣電池(r-ZABs)和電催化水分解(EWS)中起著重要作用。OER涉及動力學緩慢和高過電位的四電子轉移過程，嚴重影響器件的能量轉換效率。目前，RuO₂和IrO₂是OER最先進的電催化劑，但是它們的稀缺性、高成本和低耐久性嚴重阻礙了其大規模商業應用。因此，迫切需要開發廉價的非貴金屬基OER電催化劑來替代貴金屬催化劑。

由于獨特的雜化d軌道，Co₃O₄基材料具有適當的HO-H鍵斷裂能壘，并且在堿性條件下表現出優異的穩定性，被認為是OER最有希望的非貴金屬基電催化劑之一。但是，受效能的限制，單個Co₃O₄的OER電活性仍然無法與RuO₂和IrO₂相比。界面工程是優化Co₃O₄電子構型和提高OER效能的有效途徑。然而，如何在界面上構建豐富可及的活性位點仍然是一個挑戰。

近日，暨南大學王楠、李希波和華南理工大學黎立桂等通過簡單的化學氣相沉積法成功地制備了FeO_x納米粒子(NCs)表面修飾的Co₃O₄中空納米盒(Fe-Co₃O₄ NBs)作為OER電催化劑。

實驗結果表明，所制備的Fe-Co₃O₄ NBs表現出優異的OER電催化活性，其在10 mA cm^?2電流密度下處的過電位僅為265 mV，Tafel斜率為54.2 mV dec^?1，遠遠優于IrO₂(292 mV和61.7 mV dec^?1)，甚至可以與目前報道的先進OER催化劑相媲美。此外，Fe-Co₃O₄ NBs還具有顯著的穩定性，在10 mA cm^?2電流密度下可以穩定工作45小時而未發生明顯的活性下降。

理論計算表明，Fe-Co₃O₄ NBs的高電活性和穩定性主要來源于以下幾個方面：

1.空心納米盒結構可以提高電化學活性位點的暴露，從而提供更多的活性位點；

2.FeO_x納米粒子集中在Co₃O₄ NBs表面，可以構建更可及的原子尺度的活性界面，從而加速反應中間體的吸附；

3.FeO_x納米粒子誘導Co₃O₄中Co位點的d中心下移，從而降低速率決定步驟的能壘，加速反應動力學；

4.Fe-Co₃O₄ NBs在堿性環境下具有穩定的物理化學性質，從而保證其在長期測試中的耐久性。

綜上，該項工作通過界面工程顯著提升了Co₃O₄基催化劑界面上活性位點的活性和可及性，為進一步設計和開發高效、低成本的Co基OER電催化劑提供了指導。

Preparing iron oxide clusters surface modified Co₃O₄ nanoboxes by chemical vapor deposition as an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction. Energy Storage Materials, 2024. DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103236

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