浙大张漩团队研发新型铁掺杂催化剂，电解水制氢迎来新突破

浙大张漩团队研发新型铁掺杂催化剂，电解水制氢迎来新突破

浙江大学张漩研究员及其团队在酸性析氧反应（AOR）领域取得了重大突破。他们通过引入廉价金属铁元素，成功增强了氧化物催化剂表面氧的亲电性，显著降低了AOR的动力学能垒。这一研究成果不仅提升了酸性析氧反应的效率，还为新材料合成提供了新的思路和技术路径，有望推动能源转换和存储技术的发展。

电解水制氢是实现绿色能源转型的重要途径之一。在电解水过程中，阴极发生析氢反应（HER），阳极则发生析氧反应（OER）。与碱性介质相比，酸性介质下的析氧反应具有更高的理论效率，但其反应动力学较慢，需要高效的催化剂来降低反应能垒。

目前，贵金属如钌（Ru）和铱（Ir）的氧化物是酸性OER中最常用的催化剂，但它们存在价格昂贵、资源稀缺的问题。因此，开发高效且低成本的非贵金属催化剂成为该领域的研究热点。

张漩团队创新性地提出通过掺杂廉价金属铁（Fe）来调控氧化物催化剂的性能。他们选择烧绿石型氧化钇钌（YR）作为基体，成功制备了掺杂铁的YFR催化剂。通过X射线衍射和高分辨透射电镜等表征手段，证实了铁元素已成功掺入催化剂晶格中。

在典型的三电极系统中，研究人员评估了YFR催化剂在酸性介质（0.5 M H2SO4）中的电催化性能。实验结果显示，YFR的起始电位显著降低至1.48 V vs RHE，远低于未掺杂的YR（1.55 V vs RHE）。同时，YFR的Tafel斜率仅为56.2 mV dec-1，表明反应动力学得到显著改善。

为了深入理解铁掺杂提升催化性能的机理，研究团队采用了多种先进表征技术和理论计算方法。电化学原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）显示，铁的掺杂促进了水分子在催化剂表面的吸附和解离，同时有利于关键中间体*OOH的生成。

密度泛函理论（DFT）计算表明，铁掺杂导致催化剂的d带中心下移，促进了电荷的重新分配。X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收精细结构光谱（XAS）进一步证实了铁掺杂引起的电荷转移现象。电子顺磁共振（EPR）结果表明，掺杂后的催化剂表面产生了更多的不饱和氧物种，增强了氧的亲电性。

这一突破性研究为开发高效、低成本的酸性析氧反应催化剂提供了新思路。通过调控催化剂的电子结构，可以显著提升其催化性能，降低反应能垒。这一发现不仅有望推动电解水制氢技术的商业化应用，还为其他涉及氧析出反应的能源转换和存储技术（如金属-空气电池、燃料电池等）提供了新的研究方向。

浙江大学张漩团队的这一研究成果已发表在Cell Press出版社材料领域旗舰期刊《Matter》上，为实现绿色、可持续的能源未来开辟了新的可能性。