论文标题：Iron-Containing Nickel Cobalt Sulfides, Selenides, and Sulfoselenides as Active and Stable Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction in an Alkaline Solution

论文链接：https://doi.org/10.3390/solids4030012

期刊名：Solids

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/solids

01 文章导读

随着全球能源需求的不断增长，开发清洁、可再生的能源变得尤为重要。绿色氢气作为一种替代能源，其生产过程中的水分解技术受到了广泛关注。析氧反应 (Oxygen Evolution Reaction, OER) 作为水电解中的关键步骤之一，由于其缓慢的动力学过程，需要较高的电位才能进行。传统的贵金属催化剂虽然性能优异，但成本高昂、资源稀缺且稳定性差，限制了其大规模应用。因此，开发高性能、稳定且低成本的非贵金属基电催化剂成为研究热点。

来自德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学的Christoph Janiak教授及其团队在 Solids 期刊发表了文章，采用简单的两步水热反应 (温度≤160 ℃) 合成了铁掺杂镍钴硫化物、硒化物及硫硒化物，并将其作为电催化剂应用于碱性溶液中的析氧反应 (OER)。通过优化电子结构，其展现了低成本、高活性、高效稳定的电催化性能，该项研究对于电化学领域具有重要意义。

析氧反应电催化剂

02 研究过程与结果

研究团队通过水热反应制备了镍钴碳酸盐氢氧化物前驱体，通过添加不同量的铁源，合成了铁掺杂的前驱体，再利用硫化钠和硒粉对前驱体进行硫化和硒化处理，制备出目标化合物。作者通过多种表征手段，如粉末X射线衍射 (PXRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM)、X射线光电子能谱 (XPS) 等，对材料的结构、形貌和组成进行了详细分析。

在电化学测试中，研究团队采用三电极体系，以镍泡沫为工作电极，对合成的材料进行了线性扫描伏安法 (LSV) 测试，以评估其OER性能。测试结果表明，铁的引入显著改变了材料的电子结构，提高了电荷转移效率，从而提高了整体的电催化性能。铁掺杂的镍钴硫化物、硒化物和硫硒化物在OER中表现出较低的过电位和优异的稳定性。特别是，铁掺杂的镍钴硫硒化物Fe_0.5Ni_1.0Co_2.0(S_0.57Se_0.25O_0.18)₄在1 mol/L KOH溶液中仅需277 mV的过电位即可达到50 mA/cm⁻²的电流密度，这一性能甚至超过了商业化的RuO₂电极 (299 mV)。此外，该材料还具有较低的电荷转移电阻 (0.8 Ω) 和出色的稳定性，在20小时的长期稳定性测试中，过电位仅从277 mV增加到279 mV，同样优于RuO₂电极 (300 mV增至375 mV)。

OER LSV极化曲线及50 mA cm⁻²下过电位

03 研究总结

本研究结果表明，铁掺杂镍钴硫化物、硒化物和硫硒化物是一类高效、稳定且成本低廉的OER电催化剂，具有广阔的应用前景。这些材料不仅在性能上优于传统的贵金属催化剂，而且在实际应用中展现出良好的稳定性和可操作性。未来的研究可以进一步优化材料的合成工艺，探索更多非贵金属基催化剂的设计策略，以推动可持续能源技术的发展。

Solids 期刊介绍

主编：Guido Kickelbick, Saarland University, Germany

期刊主题覆盖固态科学相关各方面，目前已被 ESCI (Web of Science), Scopus等数据库收录。