图1. Fe-pCo₃O₄的TEM图及元素分布图。

该研究工作首先通过水热法合成了具有多孔结构的四氧化三钴(pCo₃O₄)纳米阵列，以其作为前驱体，通过电化学表面沉积技术对其进行表面铁掺杂最终得到表面铁掺杂四氧化三钴纳米阵列（Fe-pCo₃O₄）（图1）。研究发现，进行表面铁掺杂后，保持了多孔结构四氧化三钴阵列的形貌及暴露的(220)晶面（图2）。OER电催化测试结果显示，Fe-pCo₃O₄ 催化剂在电流密度为100 mA cm^-2 对应的过电位仅为280 mV，Tafel斜率为 58.2 mV dec-1，比pCo₃O₄的过电位小了130 mV，而且明显优于文献报道的钴基催化剂（图3）。为了进一步研究表面掺杂的铁在催化剂中的作用，作者采用DFT建立结构模型，模拟其OER电催化过程及反应路径图。如图4所示，结果表明，在四氧化三钴表面进行铁掺杂后，OER速率决定步骤发生了改变，而且降低了过电势，进而显著提升了OER电催化性能。

图3. Fe-pCo₃O₄的OER性能图。

图4. Fe-pCo₃O₄的OER反应路径及各步骤吸附自由能变化图。

文章信息

本文以“Surface-mediated iron on porous cobalt oxide with high energy state for efficient water oxidation electrocatalysis”为题发表在GEE期刊，该文章第一作者为李静莎博士，通讯作者为郭春显教授。

https://doi.org/10.1016/j.gee.2020.11.009

通讯作者简介

郭春显

苏州科技大学材料科学与工程学院常务副院长。江苏省“双创人才”、苏州市高新区双创领军人才，“江苏省生化传感与芯片技术工程实验室”主任，国家优秀留学生奖获得者。先后在新加坡国立大学、美国凯斯西储大学、澳大利亚阿德莱德大学开展教学和研究工作。研究领域以功能结构材料为中心，开展材料、生物、化学领域前沿交叉研究。在相关领域杂志包括Chemical Reviews、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials等发表论文 150 余篇，论文被引用 12500余次，主持国家基金/人才项目5项、省部级科研/人才项目3项。