研究背景

通过更经济、更环保的方法开发高效的非贵金属电催化剂符合21世纪可持续发展的原则，但潜在的挑战依然存在。氧化铁因其丰富的陆地储量、生态友好性和低廉的价格而成为电催化剂的候选材料。

文章要点

我们利用异质结构工程和镍掺杂协同激活氧化铁基表面(Ni-Fe₂O₃/CeO₂HSs)，以获得高活性的析氢反应(HER)。电催化剂活性的提高和氢析出动力学的加速是由于Ni掺杂和异质结构的双重调节。因此，制备的Ni-Fe₂O₃/CeO₂HSs在1 M KOH电解液中表现出优异的HER催化性能，在电流密度为10 mA cm^-2时表现出43 mV的超低过电位，相应的Tafel斜率为58.6 mV dec^-1。并具有50 h以上的长期电催化耐久性。值得注意的是，Ni的掺杂使催化剂具有耐低温性，在0℃低温下仍具有较高的HER活性。

图文展示

图1显示了Ni-Fe₂O₃/CeO₂HSs的简单合成过程。首先通过简单的溶剂热反应制备了Ce基配位聚合物纳米片（NSs）。制备的铈基配位聚合物纳米片作为前驱体和牺牲模板，铈基配位聚合物纳米片与醋酸亚铁混合均匀，在退火的过程中前驱体和醋酸亚铁分解，转化为Fe₂O₃/CeO₂HSs。最后，以六水氯化镍作为镍源,采用水热法合成了Ni-Fe₂O₃/CeO₂HSs。

图1 Ni-Fe₂O₃/CeO₂ HSs的制备过程

图2a为样品在25 ℃下，1 M KOH电解液中的HER性能。其HER活性的递减顺序为：Pt/C>Ni-Fe₂O₃/CeO₂HSs> Fe_xO_yNSs > Fe₂O₃/CeO₂HSs> CeO₂NSs。在阴极电流密度恒定为10 mA cm^-2的情况下，采用计时电位法对Ni- Fe₂O₃/CeO₂HSs，Fe₂O₃/CeO₂HSs和Fe_xO_yNSs进行了长达55小时的稳定性测试。如图2d所示，Ni- Fe₂O₃/CeO₂HSs具有显著的稳定性。

图2 Ni-Fe₂O₃/CeO₂ HSs、Fe₂O₃/CeO₂ HSs、Fe_xO_y NSs、CeO₂ NSs和商用Pt/C在1M KOH中的HER性能

综上，研究人员采用异质结构工程和镍掺杂协同激活了铁氧化物基面，实现了在析氢反应中的高活性。该研究成果近期发表在JCR 1区《Chemistry - A European Journal》上（Chem. Eur. J.2023, e202302774），西南交通大学硕士研究生苏洪为该论文的第一作者，通讯作者为西南交通大学化学学院的张颜博士。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金(2682022ZTPY049, 2682020CX57)、国家自然科学基金(批准号42007180)的资助和中国科学院重庆绿色智能技术研究院方玲老师的支持。

文章链接：https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202302774