中南大学AM：提高6倍！F-NNH实现稳定的水氧化

镍-铁（Ni-Fe）催化剂因其组分和活性的高可调性，有助于碱性介质中电催化析氧反应（OER），但在高电流密度下其长期稳定性仍有待进一步提高。基于此，中南大学刘敏教授、潘军研究员和谭鹏飞博士（共同通讯作者）等人报道了一种硝酸根离子（NO₃^–）定制策略，以减轻Fe偏析，从而提高Ni-Fe催化剂的OER稳定性。

结果表明，FeOOH/Ni₃(NO₃)₂(OH)₄（F-NNH）具有显著增强的OER稳定性，90 h的稳定性衰减仅为5.91%，而没有NO₃^–修饰的FeOOH/Ni(OH)₂（F-NH）的稳定性衰减为33.75%。飞行时间二次离子质谱和小波变换分析表明，NO₃⁻定制的Ni-Fe催化剂大大减轻了Fe偏析，表现出显著增强的长期稳定性，比没有NO₃^–修饰的FeOOH/Ni(OH)₂提高了六倍。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者研究了NO₃⁻减轻Fe偏析的机理。通过对比FeOOH在界面上的结合强度，作者初步分析了F-NNH和F-NH的结构稳定性。在F-NNH中，FeOOH与Ni₃(NO₃)₂(OH)₄的结合能为-3.68 eV，低于F-NH中FeOOH与Ni(OH)₂的结合能-2.54 eV。结果表明，对比F-NH，F-NNH具有更高的结构稳定性。

作者研究了局部态密度（LDOS），并系统分析了FeOOH界面上Fe 3d上的LDOS，以及NO₃^–和OH^–界面上的O 1s。F-NNH中NO₃⁻中的Fe 3d和O 1s能级与F-NH中OH^–中的Fe 3d和O 1s能级匹配良好，导致F-NNH中已形成的d-s轨道被部分占据，表明Fe与NO₃^–之间的相互作用更强，有利于提高F-NNH的结构稳定性。

F-NNH中Fe 3d和O 1s在OH^–中的占比较低，进一步验证了Fe与NO₃^–的化学相互作用更明显。结果表明，Fe与NO₃^–之间的化学相互作用有利于稳定FeOOH，从而抑制Fe偏析。

Oxyanion Engineering Suppressed Iron Segregation in Nickel-Iron Catalysts Toward Stable Water Oxidation. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202300347.

https://doi.org/10.1002/adma.202300347.