郑金龙/王宁/田子奇Small：Fe，F共掺杂调控NiO电子结构，增强氧析出/硫氧化反应性能

电化学水分解是目前制备氢气最有吸引力和最理想的技术之一，并且其还具有环境友善的特性。阳极析氧反应(OER)是一个复杂而缓慢的多电子反应(4OH⁻+4e⁻→O₂+2H₂O)，是整个水分解制氢系统的主要障碍。目前，贵金属基化合物，如IrO₂和RuO₂，被认为是最先进的OER电催化剂。然而，贵金属储量稀缺和价格高昂严重阻碍了其大规模工业应用。因此，开发具有优良活性和长期稳定性的经济高效的OER催化剂是非常必要的。

基于此，北京科技大学郑金龙、王宁和中科院宁波材料所田子奇等通过溶剂热法和氟化处理相结合，成功制备了由纳米片组装的Fe，F原子共掺杂空心NiO花球(Fe，F-NiO)。

其中，Fe原子掺杂可以促进Ni中心与OOH*的结合，降低反应能垒，激活其催化活性；而对于F原子，由于其高吸电子性能，促进了Ni原子呈现更高的价态(Ni³⁺)，这也可以促进含氧中间体的吸附。因此，双原子掺杂的协同效应可以进一步提高其催化活性。

此外，根据密度泛函理论(DFT)模拟计算，受益于Fe和F共掺杂效应对Ni中心的电子结构调制，Fe，F-NiO的速率控制步骤自由能变化(RDS)为1.87 eV，显著低于Fe-NiO (1.92 eV) ，F-NiO (2.17 eV)和原始NiO (2.23 eV)，这意味着Fe，F-NiO在OER过程中更容易产生*OH中间体；Fe，F-NiO (100)的带隙也比NiO (100)明显减小，这有利于在复杂的OER过程中实现快速电子转移。

因此，制备的Fe，F-NiO催化剂具有优异的OER活性：在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位低至215 mV，并且其在碱性介质中具有优异的耐久性，优于迄今为止报道的大多数过渡金属氧化物催化剂。同时，采用Fe-Ni₂P空心球作为阴极，Fe，F-NiO作为阳极的双电极体系在碱性介质中只需1.51 V的电池电压即可获得10 mA cm⁻²的电流密度。

此外，以更快的SOR取代阳极OER，甚至可以降低至低于1 V的电压输入，同时实现阴极节能制氢和阳极降解硫基污染物。综上，本研究不仅提供了一种经济的、具有良好催化性能的OER电催化剂，而且为过渡金属电催化剂的电催化性能提供了一种有价值的杂原子掺杂策略。

Dual Atoms (Fe, F) Co-Doping Inducing Electronic Structure Modulation of NiO Hollow Flower-Spheres for Enhanced Oxygen Evolution/Sulfion Oxidation Reaction Performance. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202302055