层状过渡金属羟基氧化物由于其高效的能量转换性能和材料在析氧反应（OER）中的稳定性而受到越来越多的关注。尤其是，在各种催化剂中，Fe掺杂的NiOOH在碱性介质中表现出了创纪录的OER性能。理论上，包括Ni⁴⁺在内的暴露在NiOOH边缘的欠配位面被认为具有高OER催化活性。

近日，韩国高丽大学Kwangyeol Lee，庆北大学Sang-Il Choi，韩国科学技术院Yousung Jung，韩国科学技术研究院Hyung-Suk Oh报道了提出了一种合理的合成Fe掺杂的Ni羟基氧化物纳米晶的方法，这种纳米晶完全暴露了不配位的晶面，并展示了它们作为一种高活性和强健的碱性OER电催化剂的潜力。

文章要点

1）研究发现，在OER开始前或OER过程中，自发形成了一种垂直晶化的β-Fe/NiOOH层，并通过小平面特异的离子异质外延稳定在所制备的Fe_dpNi-Oh表面。这种独特的异质外延是抑制恶化晶体剥落的关键，即使在恶劣的OER条件下也是如此。

2）原位XAS实验表明，在OER操作过程中，Fe₈Ni⊥β-OOH中Ni²⁺和Ni⁴⁺增加的比例相当，证明了Fe辅助的Ni³⁺歧化反应。研究还表明，Ni位点+2和+4态的循环是影响催化剂活性的关键因素。DFT计算表明，垂直结晶的β-Fe/NiOH中的Fe掺杂导致晶格氧之间的质子转移，导致Ni³⁺向Ni²⁺和Ni⁴⁺的局部价态变化，这与XAS观察结果一致。此外，垂直晶体结构和Fe掺杂的协同作用显著降低了Ni表面*O中间体的自由能和OER的过电位。

3）Ni_dpFe⊥β-OOH在电流密度为10 mA cm^-2时表现出210 mV的低过电位，法拉第效率为94.5%，具有半永久性且不失活，是性能最好的碱性OER催化剂之一。

所描述的合成方法和揭示的真实催化活性中心有望对设计晶面控制和表面组成控制的过渡金属羟基氧化物作为电催化剂提供有效的指导。

参考文献

Kim et al., Vertical-crystalline Fe-doped β-Ni oxyhydroxides for highly active and stable oxygen evolution reaction, Matter (2021)

DOI：10.1016/j.matt.2021.09.003

https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.09.003