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析氧反應(OER)的反應動力學緩慢是阻礙電解水制氫技術實施的關鍵因素。最近，作為廉價的催化劑，鐵基尖晶石氧化物(如NiFe₂O₄)在提升堿性OER性能方面顯示出巨大潛力。這種尖晶石氧化物的費米能級穿過導帶，導致了顯著的電導率。這一特性確保了在加速反應動力學和進一步降低OER過電位的優勢。盡管如此，對OER動力學的促進仍不理想。

OER反應包括四個連續的反應步驟，每個步驟都涉及一個電子的轉移，其中速率控制步驟(RDS)的能壘最大。反應動力學主要取決于RDS，其本質上受電催化劑的電子能帶結構性質(典型的是d帶中心)的影響。在過去的幾十年中，人們發展了多種方法來調控電子結構，但大多數方法依賴于成分調節，探索獨立于成分調節的新策略是進一步促進OER活性的關鍵。

基于此，哈爾濱工業大學亓鈞雷、名古屋大學Yusuke Yamauchi和東華大學劉書德等通過非平衡熱沖擊法，開發了晶格應變尖晶石NiFe₂O₄作為高效的電催化劑，以提高OER性能。

具體而言，通過控制熱輸入來控制熱膨脹NiFe₂O₄顆粒和未膨脹的碳纖維之間的差異，可以誘導出最佳的晶格應變(約14.7%)。拉伸應變導致費米能級附近γ能帶變平，電荷數目增加；同時，Fe的d帶中心(主要活性位點)上移，導致更多的電荷參與OER催化，因此RDS(*OOH→*+O₂+h⁺+e^?)的能壘降低，OER動力學加快。

實驗結果表明，應變NiFe₂O₄在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為180 mV；以應變NiFe₂O₄和商業Pt/C組裝的非對稱堿性電解池在10 mA cm^?2電流密度下(沒有iR校正)下，水分解電壓范圍為1.52-1.56 V，并且在連續電解100小時后，該電解槽的電壓仍保持初始的99.4%。

此外，研究人員根據所提出的反應機理，以CoFe₂O₄、MnFe₂O₄和ZnFe₂O₄等尖晶石氧化物為例，證實了由界面熱失配引起的工程拉伸應變對于提高尖晶石氧化物的OER電催化具有普遍適用性。

Tensile strain-mediated spinel ferrites enable superior oxygen evolution activity. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c08598

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