​【DFT+实验】Small：Co, S-Fe3O4/IF高效催化OER

富含元素的电催化剂的电子调节和表面重构对于有效的析氧反应（OER）至关重要。基于此，中国石油大学（华东）董斌副教授和柴永明教授等人报道了一种在泡沫铁上生长的反尖晶石Co, S原子对共掺杂Fe₃O₄（Co, S-Fe₃O₄/IF），作为高效的OER电催化剂。

在1000 mA cm⁻²的电流密度下其表现出349 mV的低过电位、43.3 mV dec⁻¹的Tafel斜率，以及在碱性介质中200 h的电解稳定性。

通过DFT计算，作者研究了Co-FeOOH-O_v的催化机理。分析CoFeOOH-O_v、Co-FeOOH和FeOOH上OER途径的自由能变化，发现O*到OOH*是所有方面的额定决定步骤。FeOOH显示出1.11 eV的高能量势垒，使得OOH*很难由O*产生。Co掺杂产生了0.78 eV的较低能垒。

特别是，Co-FeOOH-O_v表面上异质Co和氧空位的共存将速率决定步骤的能垒降低到0.29 eV，表明OER的反应中间体的比例关系被打破。

此外，通过Fe₃O₄、Co-Fe₃O₄、FeOOH、Co-FeOOH和Co-FeOOH-O_v五种模型的计算水吸附能发现，对于Fe₃O₄和Co-Fe₃O₄，H₂O的吸附能是正值，而基于FeOOH的模型上的H₂O吸附能是负值，表明H₂O在基于FeOOH的材料上的吸附要快得多，也更容易。

其中，Co-FeOOH-Ov的水吸附能是最自发的，表明在具有Co掺杂和氧空位的FeOOH表面上更有利地形成催化剂-H₂O，而该催化剂构型的快速构建可以进一步促进整个水分解过程的动力学速率。

Dynamically Stabilized Electronic Regulation and Electrochemical Reconstruction in Co and S Atomic Pair Doped Fe₃O₄ for Water Oxidation. Small, 2023.