目前，阳极析氧反应 (OER) 反应迟缓是水分解制氢面临的主要障碍。铁基材料是极具前景且经济高效的 OER 电催化剂候选材料，但受限于其固有活性较低。

近日，四川师范大学Fengyu Xie，大湾区大学Wenhan Guo，北京大学邹如强教授报道了一种富含缺陷的Fe₂O₃/CeO₂纳米异质结材料（表示为Fe₂O₃@CeO₂-O_V），将其负载到多孔泡沫镍（NF）上作为自支撑电极，用于高效的OER催化。

文章要点

1）研究人员采用两步溶剂热反应合成异质结材料，然后进行额外的煅烧过程以在催化剂表面产生丰富的氧空位。衍射和微观分析表明，分层绣球花状微结构由覆盖有CeO₂纳米粒子的Fe₂O₃纳米花组成，而X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收精细结构(XAFS)和电子顺磁共振(EPR)证实了额外氧空位的形成。

2）XPS、¹⁸O同位素标记质谱和密度泛函理论(DFT)计算相结合，验证了富含缺陷的初始结构诱导的晶格氧的参与，从而实现了从AEM到LOM的切换。具体而言，氧空位显著加强了Fe₂O₃基底与上方CeO₂纳米颗粒之间的相互作用，增强了它们在异质结界面的电荷转移，促进了O₂的解吸，从而促进了本征OER活性。所得的富含缺陷的Fe₂O₃@CeO₂-O_V表现出优异的OER性能，在10 mA cm^-2时过电位低至172 mV，是已报道的Fe基催化剂中最高数据之一。更有趣的是，Fe₂O₃@CeO₂-O_V可以在317mV的超低过电位下提供1000 mA cm^-2的大电流密度。在基于膜的流动池中还验证了优异的活性和稳定性，以模拟实际工业场景，证实了Fe₂O₃@CeO₂-O_V在商业应用方面的巨大潜力。

参考文献

Qiuping Huang, et al, Activating lattice oxygen by defect-engineered Fe₂O₃-CeO₂ nanoheterojunction for efficient electrochemical water oxidation, Energy Environ. Sci., 2024

DOI: 10.1039/D4EE01588F

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee01588f