吕世源Appl. Catal. B.：Fe和玻璃联手，助力Fe-Co3O4@C/FTO高效电催化酸性OER

开发用于酸性介质中析氧反应(OER)的稳定高效的非贵金属基电催化剂对于基于质子交换膜的水电解具有重要意义，并且这对于绿色制氢也是必不可少的。

近日，台湾清华大学Shih-Yuan Lu(吕世源)团队报道了一种在掺氟氧化锡(FTO)玻璃上原位生长钴金属有机骨架衍生的Fe掺杂、碳涂层Co₃O₄纳米复合材料(Fe-Co₃O₄@C/FTO)，用作酸性OER的高效且稳定的无粘合剂电极。

Fe掺杂通过诱导小的初级粒径和适当调制Co₃O₄的电子结构，提高了酸性OER反应中碳包覆Co₃O₄的催化效率和稳定性，以及更好的催化剂/基材粘附力。

Fe-Co₃O₄@C/FTO在0.5 M H₂SO₄中表现出优异的电催化性能，在电流密度为10 mA cm^-2时具有396 mV的低OER过电位和68.6 mV dec^-1的小Tafel斜率。

另外，该催化剂能够在10 mA cm^-2下保持稳定超过50小时，使其成为用于酸性OER的有前途的非贵金属基电催化剂。

Fe-Co₃O₄@C/FTO上的OER机制: 首先，水分子吸附到氧配位的钴位点表面，形成中间Co*OH物种(Co⁺)。Co*OH进一步氧化导致形成Co*O物种(Co²⁺)，并进一步释放一个质子和一个电子。通过进一步释放电子和质子，形成活性中间体物种Co*OOH(Co³⁺)。

最后，通过单电子转移过程中Co*OOH的氧化产生氧气，同时恢复Co活性位点。密度泛函理论(DFT)计算表明，将Fe掺杂到Co₃O₄的晶格中时，活性位点处O*和OH*中间体之间的吸附能差异显着降低，从而增强了OER性能。

In-situ Grown Metal-Organic Framework-derived Carbon-coated Fe-doped Cobalt Oxide Nanocomposite on Fluorine-doped Tin Oxide Glass for Acidic Oxygen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120899