據Material Views網站報道：電催化水裂解制氫作為一種環(huán)境友好型的制氫技術，具有廣闊的應用前景。對于水裂解制氫而言，在酸性電解質中的電催化水裂解析氧性能往往不盡人意，不能滿足質子交換膜水裂解器件商業(yè)化的需求。Ir和Ru等貴金屬催化劑是現金被認為是目前兼具高性能和高穩(wěn)定性的水裂解析氧電催化劑，但其高昂的價格極大地限制了其實際應用。因此，開發(fā)在酸性環(huán)境下高效的非貴金屬電催化水裂解析氧催化劑對于推動能源轉化領域的進展具有重大的意義。此外，進一步探究其催化活性位點并理解其催化反應機制，將為發(fā)展高效的酸性非貴金屬電催化水裂解析氧催化劑提供重要的理論基礎。

近日，浙江大學化工學院侯陽研究員和美國紐約州立大學布法羅分校武剛教授等研究者在酸性條件下電催化水裂解析氧反應的研究中取得重要的進展。他們采用電聚合和高溫裂解耦合策略，構建出一種自支撐的三維Fe-N4結構的碳基電極材料(FeN4/NF/EG)。在該復合體系中，FeN4/NF納米纖維緊緊地附著在電化學剝離石墨烯電極表面，形成了一個三維雜化超級結構。電催化析氧活性研究表明，900℃煅燒條件下得到的FeN4/NF/EG電催化劑在酸性環(huán)境中表現出優(yōu)異的析氧性能。在電流密度達到10 mA cm-2時，電化學析氧過電勢僅為294 mV，其性能遠優(yōu)越于其他碳基非貴金屬電催化材料，甚至優(yōu)于商業(yè)中廣泛應用的Ir/C電催化劑。X射線吸收近邊結構(XANES)和擴展X射線吸收精細結構(EXAFS)測試證明，該催化材料的活性中心為碳嵌入的原子級分散Fe-N4結構。理論計算和實驗結果表明，Fe-N4結構摻雜的碳材料不僅能夠降低反應過程中的能量勢壘，而且還優(yōu)化催化反應路徑，從而導致其高效的酸性OER電催化能力和優(yōu)良的穩(wěn)定性。

該研究工作不僅對酸性電催化水裂解析氧反應指明了新的方向，還對制備具有特定分子結構的過渡金屬-氮物種摻雜的碳材料(M-N-C)具有一定的指導作用。相關工作已發(fā)表于Advanced Energy Materials (DOI:10.1002/aenm.201801912)上。