利用太陽能、風能或其他可再生能源進行電解水制氫是解決潛在能源危機和環(huán)境污染最具前景的技術之一。在電解水過程中，析氧反應(OER，4OH^–→O₂+2H₂O+4e^–)是一個動力學較為緩慢的過程，其需要較大的過電位，進而降低了電解水的整體效率。因此，制備具有高催化活性、高穩(wěn)定性和低成本的OER電催化劑對于電解水的廣泛應用具有重要意義。

基于此，陜西科技大學劉淑玲和王超(共同通訊)等人采用溶劑熱法首先在泡沫鎳(NF)表面上生長了Co₂P晶體(Co₂P/NF)，然后在Co₂P/NF表面上電沉積了非晶態(tài)FeSe層，最終在NF基底上合成了硒化鐵/磷化鈷(FeSe/Co₂P)異質結構薄膜，該催化劑在電化學測試中展現出了優(yōu)異的催化性能。

本文通過在1 M KOH中測試的極化曲線可以發(fā)現，Co₂P/FeSe/NF在所有催化劑中表現出最低的過電位(265 mV@50 mA cm^-2)，這表明其OER活性最好。值得注意的是，在10 mA cm^-2的恒電流測試中，在500 s內，FeSe/Co₂P/NF始終保持最低的過電位(235 mV)，這再次表明FeSe/Co₂P/NF具有優(yōu)異的OER活性。之后，本文還在1 M TMAOH中測試了Co₂P/NF和FeSe/Co₂P/NF的OER性能。

根據測試發(fā)現，TMA⁺存在時，Co₂P/NF的OER活性和Co³⁺/Co⁴⁺的氧化峰變化不大，而FeSe/Co₂P/NF的OER活性和Co³⁺/Co⁴⁺的氧化峰變化明顯，這是因為TMA⁺離子可以強烈吸附催化劑表面帶負電荷的氧(如O₂^2-)，并抑制它們參與OER。因此，在TMA⁺存在的情況下催化劑被抑制的OER活性證明了帶負電荷的氧物質參與了其OER過程，這對應于晶格氧氧化機制(LOM)。

為了探索Co₂P/NF的OER機制，本文利用公式計算了Co₂P/NF的平均m_OH-(OER性能和OH^–的斜率關系)為0.16，而FeSe/Co₂P/NF的平均m_OH-為0.5。TMA⁺存在時，m_OH-的升高和OER活性被顯著抑制表明LOM對FeSe/Co₂P/NF的OER有重要貢獻。對于Co₂P/NF，OER主要遵循吸附質演化機制(AEM)，LOM只有一定的貢獻。

由于OER中間體吸附能也會影響催化劑的OER動力學，本文還利用甲醇溶液計算了OH^*在Co₂P/NF和Co₂P/FeSe/NF上的吸附能(△G_OH*)。測試結果表明，Co₂P/NF和FeSe/Co₂P/NF在1 M KOH+0.5 M CH₃OH中的起始電位分別為1.326 V和1.368 V，這分別對應于FeSe/Co₂P/NF和Co₂P/NF的1.368 eV和1.326 eV的△G_OH*。

根據前人基于熱力學-動力學模型提出的火山圖，最優(yōu)的OER電催化劑的△G_OH*值應為1.371 eV，Co₂P/NF的△G_OH*低于最適值，表明其OH^*與活性位點的結合過于強烈，FeSe/Co₂P/NF的△G_OH*為1.368 eV，接近最優(yōu)，這表明Fe的引入和異質結構的形成削弱了OH^*的吸附能，從而誘導了更快的OER動力學。總之，本文合成的FeSe/Co₂P/NF展現出了優(yōu)異的OER性能。

結合實驗測試結果以及理論計算結果可以得知，FeSe/Co₂P/NF的高OER活性不是源于較高的電化學活性比表面積，而是由于電化學活性Co位點數量的增加和本征活性的增強。此外，異質結構的形成促進了Co₂P相和FeSe相之間的電子相互作用，從而改變了催化劑對OER中間體的吸附能，導致了更快的反應動力學。

更加重要的是，Co₂P/NF主要遵循吸附質演化機制，而FeSe/Co₂P/NF則以晶格氧氧化機制為主，OER機制的改變可能是由于異質結構的形成，這也有利于改變質子-電子傳遞過程。本研究表明，形成異質結構是提高過渡金屬基材料電催化OER活性的有效策略，本文的進一步研究充分的了解了異質結構在增強催化劑的電催化活性中的作用，這可以幫助未來的研究人員設計更高活性的電催化劑。

Heterostructure Iron Selenide/Cobalt Phosphide Films Grown on Nickel Foam for Oxygen Evolution, Journal of Materials Chemistry A, 2023, DOI: 10.1039/d2ta09817b.

https://doi.org/10.1039/D2TA09817B.