对于水分解生成氢气和氧气的过程，OER是其中高过电势的主要原因。OER催化反应过程包括4个质子耦合电子转移、生成O-O化学键的过程，因此导致产氧反应动力学缓慢、需要发展高活性催化剂提高反应效率。其中人们发现4d、5d过渡金属氧化物，比如RuO₂、IrO₂具有较好的OER催化反应活性，提供较低的过电势，而且能够在酸性电解液中保持稳定。但是Ir、Ru元素的价格较高，限制其在工业电化学制氢反应中应用。

相关研究发现，Ni-Fe基电催化剂在碱性条件中的催化活性比IrO₂更高，作为阳极能够表现较低的过电势。在Fe₂O₃的表面沉积NiFeOOH能够降低过电势，但是这种覆盖层的作用并未得到准确理解，α-Fe₂O₃/NiFeOOH催化剂的界面中Fe₂O₃在OER催化反应中的机理一直存在非常激烈的争议，界面化学表征与其起到的功能相关表征没有明确，而且是猜测性的结果。

有鉴于此，乌得勒支大学Ahmed S. M. Ismail、Frank M. F. de Groot等报道通过Operando XAS表征α-Fe₂O₃/NiFeOOH的界面在催化反应过程中的动态变化情况。

本文要点：

（1）

光电催化反应过程中生成FeOOH界面层，这种FeOOH界面层起到钝化Fe₂O₃、累积光生空穴作用，空穴在Fe₂O₃中产生随后在FeOOH层中累积用于催化水分解反应。同时这种空穴载流子累积的过程导致Ni氧化反应得以受到抑制。

（2）

基于实验观测结果，作者提出了Fe₂O₃/Ni(Fe)OOH催化剂模型，其中NiFeOOH作为主要的OER催化剂，同时有助于从Fe₂O₃收集电荷载流子；同时界面FeOOH层实现界面钝化、空穴累积作用。

参考文献

Ahmed S. M. Ismail*, Ivan Garcia-Torregrosa, Jeroen C. Vollenbroek, Laura Folkertsma, Johan G. Bomer, Ties Haarman, Mahnaz Ghiasi, Meike Schellhorn, Maarten Nachtegaal, Mathieu Odijk, Albert van den Berg, Bert M. Weckhuysen, and Frank M. F. de Groot*, Detection of Spontaneous FeOOH Formation at the Hematite/Ni(Fe)OOH Interface During Photoelectrochemical Water Splitting by Operando X-ray Absorption Spectroscopy, ACS Catal. 2021, 11, 12324–12335

DOI: 10.1021/acscatal.1c02566

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c02566