Fe-N4摻雜碳納米纖維可提升酸性水解OER性能

據Material Views網站報道：電dian催cui化hua水shui裂lie解jie製zhi取qu氫qing燃ran料liao作zuo為wei一yi種zhong環huan境jing友you好hao型xing的de製zhi氫qing技ji術shu，具ju有you廣guang闊kuo的de應ying用yong前qian景jing。對dui於yu水shui裂lie解jie製zhi氫qing而er言yan
，在zai酸suan性xing電dian解jie質zhi中zhong的de電dian催cui化hua水shui裂lie解jie析xi氧yang（OER）性能往往不盡如人意
，不能滿足質子交換膜水裂解器件商業化的需求。銥（Ir）和釕（Ru）等(deng)貴(gui)金(jin)屬(shu)催(cui)化(hua)劑(ji)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)目(mu)前(qian)兼(jian)具(ju)高(gao)性(xing)能(neng)和(he)高(gao)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)水(shui)裂(lie)解(jie)析(xi)氧(yang)電(dian)催(cui)化(hua)劑(ji)，但(dan)其(qi)高(gao)昂(ang)的(de)價(jia)格(ge)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)限(xian)製(zhi)了(le)其(qi)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)。因(yin)此(ci)
，開(kai)發(fa)在(zai)酸(suan)性(xing)環(huan)境(jing)下(xia)高(gao)效(xiao)的(de)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)電(dian)催(cui)化(hua)水(shui)裂(lie)解(jie)析(xi)氧(yang)催(cui)化(hua)劑(ji)對(dui)於(yu)推(tui)動(dong)能(neng)源(yuan)轉(zhuan)化(hua)領(ling)域(yu)的(de)發(fa)展(zhan)具(ju)有(you)重(zhong)大(da)的(de)意(yi)義(yi)。此(ci)外(wai)，進(jin)一(yi)步(bu)探(tan)究(jiu)其(qi)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)並(bing)理(li)解(jie)其(qi)催(cui)化(hua)反(fan)應(ying)機(ji)製(zhi)，將(jiang)為(wei)開(kai)發(fa)高(gao)效(xiao)的(de)酸(suan)性(xing)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)電(dian)催(cui)化(hua)水(shui)裂(lie)解(jie)析(xi)氧(yang)催(cui)化(hua)劑(ji)提(ti)供(gong)重(zhong)要(yao)的(de)理(li)論(lun)基(ji)礎(chu)。

近jin日ri，浙zhe江jiang大da學xue化hua工gong學xue院yuan侯hou陽yang研yan究jiu員yuan和he美mei國guo紐niu約yue州zhou立li大da學xue布bu法fa羅luo分fen校xiao武wu剛gang教jiao授shou等deng研yan究jiu人ren員yuan合he作zuo

，在zai酸suan性xing條tiao件jian下xia電dian催cui化hua水shui裂lie解jie析xi氧yang反fan應ying的de研yan究jiu中zhong取qu得de重zhong要yao的de進jin展zhan。他ta們men采cai用yong電dian聚ju合he和he高gao溫wen裂lie解jie耦ou合he策ce略lve

，構gou建jian出chu一yi種zhong自zi支zhi撐cheng的de三san維weiFe-N₄結構的碳基電極材料（FeN₄/NF/EG）。在該複合體係中，FeN₄/NF納米纖維緊緊地附著在電化學剝離石墨烯電極表麵，形成了一個三維雜化超級結構。電催化析氧活性研究表明，900℃煆燒條件下得到的FeN₄/NF/EG電催化劑在酸性環境中表現出優異的析氧性能。在電流密度達到10 mA cm^-2時，電化學析氧過電勢僅為294 mV，其性能遠優越於其他碳基非貴金屬電催化材料
，甚至優於商業中廣泛應用的Ir/C電催化劑。X射線吸收近邊結構（XANES）和擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）測試結果表明，該催化材料的活性中心為碳嵌入的原子級分散Fe-N₄結構。理論計算和實驗結果顯示
，Fe-N₄結構摻雜的碳材料不僅能夠降低反應過程中的能量勢壘
，而且還能優化催化反應路徑，從而導致其高效的酸性OER電催化能力和優良的催化穩定性。

該項研究工作不僅為酸性電催化水裂解析氧反應指明了新的方向，還對製備具有特定分子結構的過渡金屬-氮物種摻雜的碳材料（M-N-C）具有一定的指導作用。相關研究成果已以“Fe-N₄ Sites Embedded into Carbon Nanofiber Integrated with Electrochemically Exfoliated Graphene for Oxygen Evolution in Acidic Medium”為題發表於Advanced Energy Materials (DOI:10.1002/aenm.201801912)期刊上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201801912