向可再生能源新世代的邁進(jìn)，需要開發(fā)多種能源轉(zhuǎn)換與存儲的新技術(shù)和新裝備。高效、耐用、經(jīng)濟(jì)的析氧反應(yīng)（OER）電催化劑對水制氫反應(yīng)、CO2還原反應(yīng)等電解技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。OER反應(yīng)是一個復(fù)雜的四電子-質(zhì)子耦合反應(yīng)，本文提供了一種復(fù)雜體系電催化劑的設(shè)計和制備方案，該催化劑為B、P雙摻雜、非晶態(tài)、多孔、金屬性的NiFe基電催化材料（下稱：a-NiFePB），具有優(yōu)異的電催化活性以及長效穩(wěn)定性。相關(guān)的研究成果發(fā)表在2019年5月30日的《Small》上。 

　　研究組通過DFT模擬計算發(fā)現(xiàn)，B、P雙摻雜使得a-NiFePB中的Fe和Ni在費(fèi)米能級上均產(chǎn)生離域，增強(qiáng)了p-d雜化。通過北京同步輻射裝置（BSRF）1W1B-XAFS實(shí)驗(yàn)站的X射線吸收譜獲取了a-NiFePB的結(jié)構(gòu)信息，從XANES譜圖和EXAFS譜圖中得到了Fe-P(B)、Fe-Fe(Ni)、Ni-P(B)、Ni-Fe(Ni)的鍵長及配位信息。 　　

　　圖：標(biāo)樣及樣品的XANES譜和EXAFS譜。 

　　協(xié)調(diào)的電子結(jié)構(gòu)、低配位非晶態(tài)金屬性結(jié)構(gòu)、以及多孔表面，使a-NiFePB電催化材料獲得了優(yōu)異的OER活性。在計時電位條件下，a-NiFePB表現(xiàn)出極低的過電位（197mv@10mA cm^-2和233mv@100mA cm^-2），和極低的Tafel斜率（34mv dec^-1）。a-NiFePB材料表現(xiàn)出表面含氧活性位與體相金屬傳導(dǎo)性的綜合特性，相較于NiFe合金，a-NiFePB的生成焓比前者低一個數(shù)量級，通過DFT模擬計算的氧原子結(jié)合能也顯著較低。因此，a-NiFePB具有更好的熱力學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性、以及電催化長效穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明，在100mA cm^-2下運(yùn)行1400h后，催化劑的反應(yīng)電位僅升高了104 mV。 

　　這項(xiàng)工作設(shè)計了一種復(fù)雜體系電催化劑，使其獲得高電化學(xué)活性和長效穩(wěn)定性，為開發(fā)高效工業(yè)催化劑提供了新的設(shè)計策略和研究方向。 

　　發(fā)表文章： 

　　Fei Hu, Haiyun Wang, Yan Zhang, Xiaocheng Shen, Guanghui Zhang, Yanbo Pan, Jeffrey T. Miller, Kun Wang, Shengli Zhu, Xianjin Yang, Chengming Wang,Xiaojun Wu*, Yujie Xiong*, Zhenmeng Peng*, Designing Highly Efficient and Long-Term Durable Electrocatalyst for Oxygen Evolution by Coupling B and P into Amorphous Porous NiFe-Based Material, Small 2019, 15(28). 1901020.