尖晶石型催化剂是用于碱性析氧反应(OER)的有前途的材料，其具有低过电位以及优异的长期稳定性。近日，德国马普学会弗里茨-哈伯研究所Beatriz Roldan Cuenya课题组比较了两种结构相同的Co2FeO4尖晶石(微乳液法和常规法制备)，它们具有显著不同的OER活性。特别是，研究发现其中一种催化剂处于亚稳态预催化剂状态，在反应过程中能够迅速达到其最佳；而另一种更接近理想晶体尖晶石结构的催化剂从未达到这种状态，需要168 mV的高电位才能达到1 mA cm-2。
研究人员揭示了在Co-Fe尖晶石主体附近丰富的可还原Co3+位点在OER催化中起关键作用，使微乳液Co2FeO4成为更好的电催化剂。微乳液Co2FeO4固有的纳米级异质性有利于提高OER动力学。尽管Co对于OER活性至关重要，但不能排除流动的Fe离子与富含Co的少数相相互作用的影响。然而，从实验数据中可以明显看出，常规Co2FeO4样品的富铁近表面不会产生更高的催化活性，这表明最佳Co:Fe比有利于提升OER活性。在这两个样品中，Fe对OER条件没有决定性的响应，这表明来自主体材料的Fe的反应性较低。此外，研究人员强调了将近表面表征与先进的电子显微镜相结合以识别成分纳米级不均匀性的重要性，这些不均匀性可能与非均相粉末催化剂的增强催化性能有关。最后，与常规的Co2FeO4样品相比，活性更高的微乳液Co2FeO4还具有更高的耐腐蚀性，这归因于纳米级异质性，其中结构灵活的富钴羟基氧化物稳定了Co2FeO4主体结构。总的来说，这一发现证明了通过在结晶主体结构中引入次级无定形羟基氧化物相可能性，为设计先进的OER催化剂提供了思路。Role of Nanoscale Inhomogeneities in Co2FeO4 Catalysts during the Oxygen Evolution Reaction. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c00850
