开发清洁和可再生的替代能源是未来的当务之急。电解水生产氢气和氧气燃料提供了一种可持续的能源，最近引起了重要的研究和应用兴趣。水分解机制由两个半反应组成：析氢反应 (HER) 和析氧反应 (OER)。虽然驱动这些反应的理论最小电压差为 1.23 V，实际电池电压在 1.8-2.0 V 范围内，主要是由于 OER 过程的高过电位。因此，有必要使用高效且经济的催化剂来降低这种过电位。最近，密度泛函理论 (DFT)预测 W、Fe 和 Co 结合生成三元过渡金属羟基氧化物，可以提高 OER 中间体的吸附能。

有鉴于此，美国宾夕法尼亚州立大学Lauren D. Zarzar和Mauricio Terrones等人，研究了一种激光直写方法来合成和沉积亚稳态的混合过渡金属氧化物，并评估它们作为析氧反应催化剂的性能。

本文要点

1）这种激光加工方法能够直接从具有成本效益的溶液前驱体中快速合成多种异质合金和氧化物催化剂，包括在非晶氧化物基质中具有高密度纳米晶金属合金夹杂物的催化剂。合成的催化剂的纳米非均相结构与反应力场蒙特卡罗计算一致。

2）通过评估不同过渡金属氧化物组成比的影响，创造了一种稳定的 Fe_0.63Co_0.19Ni_0.18Ox/C 催化剂，其 Tafel 斜率为 38.23 mV dec^-1，过电位为 247 mV，性能与 IrO₂ 相似。

3）合成的Fe_0.63Co_0.19Ni_0.18Ox/C和 Fe_0.14Co_0.46Ni_0.40Ox/C 催化剂在催化性能和结构特征方面进行了实验比较，确定了二级基质中较高的铁含量和较少的结晶结构有利于降低电荷转移阻力，因此有利于电催化活性。这一结论得到了密度泛函理论计算的支持，表明三元金属催化剂中活性位点的畸变是降低析氧反应过电位的关键。

参考文献：

Shannon McGee et al. Single-Step Direct Laser Writing of Multimetal Oxygen Evolution Catalysts from Liquid Precursors. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c00650

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00650