Nature子刊：剖幽析微！活性氧介导金属氢氧化物上铁促进电催化析氧反应

电化学水分解产氢在储存间歇性可再生能源和缓解全球环境问题方面起着关键作用。在阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)反应中，OER反应动力学缓慢，限制了水分解产氢效率。因此，有必要设计一种高效稳定的OER催化剂以克服缓慢的动力学。Fe(O)OH、Ni(O)OH和Co(O)OH是OER活性中等的催化剂，而它们的化合物如FeNi或FeCo羟基氧化物表现出超过一个数量级的内在活性，这引起了人们的极大兴趣。

为了了解其潜在的反应机制，以指导设计优良的OER催化剂，人们已经采用了先进的表征技术(包括原位和异位)和理论计算对其进行深入研究。然而，在协同效应、真正的活性位点、金属价态、机制和局部结构等方面仍然存在着争议。

基于此，上海交通大学宋钫课题组通过研究FeO_xH_y的载体依赖性促进作用，揭示了阳极沉积的FeO_xH_y与金属羟基氧化物的活性氧物种之间的密切联系。具体而言，FeO_xH_y@M(O)OH (M=Fe，Co，Ni，Cu，Ag，Au，Ti，Nb，Sn)的OER催化活性和Tafel斜率对氧物种的出现和种类有很强的依赖性。

FeO_xH_y协同促进载体，可以产生特异性活性氧物种，并且FeO_xH_y@M(O)OH的起始OER电位与活性氧物种产生电位一致，而完整的MOOH存在几十或几百毫伏的电位间隙。这种相关性意味着阳极沉积的FeO_xH_y与MOOH载体的活性氧物种之间存在强烈的协同作用。

有研究表明，Fe的引入能够诱导活性氧物种的形成，而该项工作表明FeO_xH_y不会对活性氧物种产生影响，这与前期报道的活性氧不是Fe促进的催化剂中O₂分子的前体相一致。更重要的是，该项工作还证明了FeO_xH_y和活性氧之间的协同催化作用，与Fe诱导内亥姆霍兹平面中活性氧和OH⁻之间界面相互作用的报道相反。

这一发现为Fe促进的催化剂的协同催化提供了补充信息，有助于进一步阐明OER的完整催化过程。综上，产生活性氧物种的能力可以很好地描述FeO_xH_y促进的复合催化剂的协同作用和本征催化活性，这为协同效应提供了新的见解。

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