开发能够在酸性工作条件下工作的用于析氧反应（OER）的储量丰富的电催化剂仍然极具挑战性。尽管许多第一排过渡金属氧化物在碱性介质中极具竞争力，但是它们中的大多数在高质子浓度下会溶解或变得不活泼。目前，只有贵金属催化剂，如IrO₂，在酸性介质中可保持高活性和稳定性。

近日，巴塞罗那科学技术学院José Ramón Galán-Mascarós，巴斯克大学Sara Barja提出了一个有前途的处理方案，在一个阳极中结合了两个强有力的策略：i）结合储量丰富金属的纳米结构OER催化剂，以最大化活性表面积；ii）由石蜡油和石墨粉制成的导电的、部分疏水的粘合剂来支撑。

文章要点

1）研究人员首先通过对金属有机骨架前驱体(ZIF-9)Co(bIM)₂（bIM=2-苯并咪唑）的热处理，合成了碳包覆的Co（Co@C）纳米颗粒。然后在低温下进行氧化，以实现其完全转变为Co₃O₄纳米颗粒，其由有机骨架衍生的无定形氮杂碳涂层（Co₃O₄@C）覆盖。高分辨率透射电子显微镜显示，样品周围存在类似石墨化的纳米结构，嵌入了Co₃O₄纳米颗粒。此外，这些C-纳米结构中的一些具有纳米片状的形态，而另一些则折叠在Co₃O₄纳米颗粒周围形成洋葱状的环。

2）研究发现，氮掺杂碳包覆的Co₃O₄纳米颗粒（Co₃O₄@C）作为坚固且可扩展的阳极具有出色的酸性OER性能，在1 M硫酸溶液中工作时，只需要极小过电位（η ≤ 398 mV）即可保持10 mA cm^–2的电流密度超过40小时，而没有任何活性降低或失活的迹象。高活性和高稳定性优于已报道的任何其它非贵金属催化剂。此外，研究人员通过析氧量，定量证实了这些电极用于OER的高法拉第效率（> 96%），其他氧化过程的参与可以忽略不计。

这项研究为开发快速、节能的酸介质水氧化电极开辟了另一种途径。

参考文献

Yu, J., Garcés-Pineda, F.A., González-Cobos, J. et al. Sustainable oxygen evolution electrocatalysis in aqueous 1 M H₂SO₄ with earth abundant nanostructured Co₃O₄. Nat Commun 13, 4341 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-32024-6

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32024-6