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?同濟AFM：同步磷硫化法制備CoFePS四元合金亞納米片，實現(xiàn)高效穩(wěn)定催化析氧反應

電化學水分解制氫是緩解能源危機和環(huán)境污染問題的有效策略。然而，由于高的活化能壘和復雜的質(zhì)子-電子轉移步驟，水分解過程中的析氧反應(OER)往往表現(xiàn)出緩慢的動力學，這嚴重限制了產(chǎn)氫效率。同時，OER的高催化電壓(例如，200-400 mA cm^-2，1.8-2.0 V)也限制了電催化水分解的大規(guī)模應用。

因此，目前迫切需要開發(fā)具有極高穩(wěn)定性和活性的過渡金屬基OER電催化劑以克服電化學水分解發(fā)展的阻礙。

基于此，同濟大學溫鳴課題組通過同步磷硫化法制備了CoFePS四元合金亞納米片，通過雜原子化可以方便地調(diào)節(jié)相鄰金屬原子的費米能級，從而降低反應能壘，提高電導率，增強與電解質(zhì)的相互作用，提高化學結構穩(wěn)定性。

實驗結果顯示，所制備的催化劑在10 mA cm^-2電流密度下的OER過電位僅為211 mV，并且其在1.8 V電位下的電流密度高達1053 mA cm^-2；此外，CoFePS在1.45 V下連續(xù)運行78小時后，電流密度仍保持初始值的99.7%，并且反應后材料的形貌未發(fā)生明顯變化。

實驗結果和理論計算表明，CoFePS四元合金催化劑具有優(yōu)異OER性能和良好穩(wěn)定性，這主要是由于以下原因：

1. 亞納米片結構保證了催化劑表面活性位點的最大暴露，促進了化學反應過程中的傳質(zhì)，為電催化劑和電解液的充分接觸提供了大的面積，從而提高了氣體的析出；

2. p區(qū)和s區(qū)元素的雜原子化誘導了不同原子之間的有效電子轉移，增強了金屬的電子接受能力，從而降低了反應能壘；

3. 電化學氧化后在在磷-硫酸鹽殼層形成氧化物，其作為活性位點提高了CoFePS的穩(wěn)定性。

綜上，該項工作報道了一種性能優(yōu)異的多組分合金亞納米片電催化劑并揭示了其增強OER活性的機理，為設計具有優(yōu)異OER性能的多組分合金亞納米片提供了指導。

CoFePS Quaternary Alloy Sub-Nanometric Sheets by Synchronously Phospho-Sulfurizing CoFe-Bimetallene for Boosting Oxygen Evolution Reaction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308422

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