新型FeNi2S4/Ni-MOF复合材料的构建及其在碱性析氧反应中的高效催化机制研究

本文推荐一种通过电沉积策略构建的FeNi2S4/Ni-MOF复合材料，其通过电子转移效应增强导电性，在碱性析氧反应(OER)中仅需210 mV过电位即可驱动10 mA cm-2电流密度，Tafel斜率低至24.4 mV dec-1，并在100 mA cm-2下稳定运行60小时。原位表征揭示其表面重构为高活性FeNiOOH相，为设计非贵金属催化剂提供新思路。

　　

亮点

本研究通过电沉积法在Ni-MOF表面原位生长FeNi₂S₄，构建出具有超高导电性的复合材料。X射线光电子能谱(XPS)证实电子从FeNi₂S₄向Ni-MOF转移，这种电子相互作用使材料在10 mA cm^-2电流密度下仅需210 mV过电位，Tafel斜率低至24.4 mV dec^-1，更在100 mA cm^-2下稳定工作60小时！全水解测试中，以该材料为阳极的电解槽在200 mA cm^-2下持续运行70小时，电池电压仅2.49 V。

化学试剂与材料

实验采用四水合氯化亚铁(FeCl₂·4H₂O)、硫脲(CH₄N₂S)等常规试剂，所有药品均来自国药集团等知名供应商。

催化剂合成与表征

如图1a所示，先通过溶剂热法合成Ni-MOF，再通过电沉积在其表面生长FeNi₂S₄。傅里叶变换红外光谱(FTIR)显示751 cm^-1处为苯环C-H弯曲振动峰，3431 cm^-1为O-H伸缩振动峰，证实材料结构完整性。

结论

FeNi₂S₄/Ni-MOF催化剂通过独特的电子转移机制和表面重构效应，在OER过程中展现出卓越的活性和稳定性。原位拉曼光谱证实材料在工作条件下转化为高活性FeNiOOH相，这为开发新一代电解水催化剂提供了重要参考。