催化剂纳米颗粒表面单个原子的三维分布对其活性和稳定性起着至关重要的作用。优化电催化剂的性能需要原子尺度的信息，然而，这无疑充满极大挑战。

近日，波鸿鲁尔大学Tong Li报道了使用原子探针断层扫描(APT)，结合X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收光谱(XAS)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电化学阻抗谱(EIS)来表征在OER条件下循环伏安(CV)测量过程中Co₂FeO₄和CoFe₂O₄纳米粒子表面氧化态、结构和组成的变化。通过标度桥方法获得了有关纳米颗粒表面状态变化的全面信息，包括分别用XAS和XPS测量纳米颗粒的体积和表面顶层(5-10 nm)的氧化态，以及用APT和HRTEM对单个纳米颗粒进行纳米尺度和原子尺度的元素和结构表征。

文章要点

1）研究表明，在原始的Co₂FeO₄中，由于混溶间隙，当x在1.1-2.7范围内时，大多数混合Co_xFe_(3-x)O₄尖晶石氧化物中存在由调节分解产生的富Co和富Fe纳米畴。

2）有趣的是，羟基被捕获在纳米畴之间的界面上，与CoFe₂O₄相比，可能产生原始Co₂FeO₄的显著增强的OER活性。在OER期间，不同程度的铁溶解出现在Co₂FeO₄的纳米域中，同时发生向CoIVO₂的不可逆结构转变，导致OER活性显著降低。相反，CoFe₂O₄的铁损失可以忽略不计。而CoFe₂O₄表面生成了(Fe^III，Co^III)₂O₃，进一步降低了CoFe₂O₄的OER活性。

总体而言，所得到的3D原子尺度数据，结合X射线和电子显微镜和电化学数据，在提高人们对电催化剂复杂结构-活性-稳定性关系理解方面，显示出巨大潜力。

参考文献

Xiang, W., Yang, N., Li, X. et al. 3D atomic-scale imaging of mixed Co-Fe spinel oxide nanoparticles during oxygen evolution reaction. Nat Commun 13, 179 (2022).

DOI：10.1038/s41467-021-27788-2

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27788-2