上交刘攀/宋钫ACS Nano: 多价阳离子取代导致大量晶格畸变，助力NiFeXO4高效持久电催化OER

电化学水分解因其能够有效缓解能源危机和储存太阳能和风能而受到广泛关注。为了实现电化学水分解的商业化应用，开发高效、耐用、低成本的电催化剂至关重要。尖晶石氧化物(A_xB_3-xO₄)结构稳定，对其进行修饰改性以提高其催化活性有利于推动电化学水分解的进一步发展。

近日，上海交通大学刘攀和宋钫等通过共晶脱合金化的方法成功地合成了熵稳定的NiFe₂O₄型单相尖晶石氧化物多孔纳米线，并研究了其在整体水分解中的性能。

具体而言，研究人员制备了尖晶石NiFeXO₄(X=Fe，Ni，Al，Mo，Co，Cr)催化剂。该催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位仅为195 mV，优于大多数尖晶石相OER电催化剂。

此外，利用NiFeXO₄作为阴极和阳极组装的电解槽仅需1.535 V_RHE的电压就能够达到10 mA cm⁻²的电流密度；该电解槽能够在10 mA cm⁻²的电流密度下连续运行超115小时，并且电压下降可忽略不计。

实验结果和理论计算表明，多价阳离子取代导致大量晶格畸变和金属3d和O 2p轨道的显著电子耦合以增加共价。同时，NiFeXO₄具有高的熵稳定性构型，它们的协同作用有利于H₂O分子的吸附，降低了OOH*中间体的吸附能垒。

催化剂高度纳米多孔的结构有助于提高催化剂的反应活性位点，以上因素协同增强了OER反应活性。这项工作强调了多组分替代策略在生产高度持久和活性的尖晶石催化剂方面的有效性，这为设计和制备稳定的多组分尖晶石氧化物提供了一种有效的策略。

Entropy-Stabilized Multicomponent Porous Spinel Nanowires of NiFeXO₄ (X = Fe, Ni, Al, Mo, Co, Cr) for Efficient and Durable Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Medium. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.2c10247

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