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Nature子刊：3900 mA cm?2下亦穩定！納米多孔FeCo/CeO2?xNx用于大電流下催化OER

電化學水分解技術是清潔和大規模制氫的一種有前景的能量轉換技術，其能夠利用氫分子作為清潔和高密度的能量載體來滿足未來全球的能源需求。然而，由于析氧反應(OER)動力學緩慢以及OER電催化劑活性不足，堿性水電解槽或質子交換膜水電解槽中的水電解持續低能效，這嚴重限制了電化學水分解技術的廣泛應用，特別是在工業中大規模生產H₂。因此，迫切需要開發高活性、高穩定性和低成本的OER電催化材料用于高效實用的工業電解槽。

近日，吉林大學蔣青和郎興友等制備了一種自支撐交替層狀納米多孔雙金屬鐵鈷合金/氫氧化物和氮氧化鈰(FeCo/CeO_2?xN_x)復合物作為高效穩健的堿性OER電催化材料。

具體而言，鈷鐵合金在反應過程中進行表面重構形成CoFeOOH，而組分CeO_2?xN_x不僅適當地調節連續的CoFeOOH以具有接近最佳的*OH、*O和*OOH中間體的吸附能，而且還利用其特殊的儲氧能力立即吸附產生的氧氣。

同時，CoFeOOH/CeO_2?xN_x界面不僅作為具有顯著增強的OER活性的電活性位點，而且還提供了三維雙連續納米孔結構促進電子轉移和物質傳遞，因此CoFeOOH/CeO_2?xN_x催化劑具有優異的電催化堿性OER活性。

實驗結果表明，在1.0 M KOH溶液中，CoFeOOH/CeO_2?xN_x催化劑的起始電位低至186 mV，Tafel斜率為33 mV dec^?1；在300 mV的過電位下OER電流密度達到1195 mA cm^?2，并且當過電位增加到360 mV時，可以達到超過3900 mA cm^?2的電流密度。

此外，納米多孔FeCo/CeO_2?xN_x電極在電流密度約為1900 mA cm^?2以及包括斷電和開關跳閘在內的一些事故下，即使在非常劇烈的O₂析出情況下，也表現出超過1000 h的優異穩定性。綜上，CeO_2?xN_x的優異電化學性能不僅優于商業RuO₂和最近報道的優異的OER催化劑，而且利用納米多孔FeCo/CeO_2?xN_x電極進行工業大規模制氫展示出巨大潛力。

Lamella-Heterostructured Nanoporous Bimetallic Iron-cobalt Alloy/oxyhydroxide and Cerium Oxynitride Electrodes as Stable Catalysts for Oxygen Evolution. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37597-4

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