在全球“碳中和”战略加速推进、氢能产业迈向规模化落地的关键阶段，质子交换膜（PEM）水电解凭借高效、高纯、适配可再生能源波动的优势，成为绿色制氢主流技术路线。然而，阳极析氧反应（OER）动力学缓慢、商业化催化剂高度依赖稀缺贵金属铱（Ir），成为制约绿氢成本下降与大规模应用的核心瓶颈。开发低成本、高活性、强稳定性的非贵金属酸性 OER 催化剂，已成为能源催化领域的全球性攻关课题。
基于此，福耀科技大学新材料与新能源学院肖德泉教授团队与内蒙古师范大学李杲团队合作，使用硝酸钠精准调控硝酸铁前驱体水解，原位生成粒径超小、高度分散的 FeO 纳米微晶，并使其紧密锚定在具有丰富缺陷与柔性局域环境的非晶态 Mn3CoOx 基质表面，形成强耦合异质界面结构。电化学测试结果表明，所制备的 FeO/Mn3CoOx 催化剂在 0.5 M H2SO4 酸性电解液中展现出优异的析氧反应（OER）电催化性能，在 10 mA cm-2 电流密度下过电位仅为 252 mV，Tafel 斜率低至 79 mV dec-1，动力学过程显著加快，催化性能全面优于目前商用的 IrO2 催化剂（约 290 mV@10 mA cm⁻2）。机理研究表明，FeO 微晶与非晶 Mn3CoOx 基体间存在“强界面电子相互作用”，可高效加速电荷传输、稳定催化中间产物；更重要的是，FeO 的引入能够稳定高价催化中间体，诱导催化机理从单一晶格氧介导机制（LOM）向LOM与氧途径机制（OPM）协同转变，从本质上突破传统酸性OER的活性—稳定性权衡限制。该结论已通过多尺度表征与理论模拟手段得到严格验证，具体包括：长时间酸性 OER 稳定性测试后催化剂的 X 射线衍射（XRD）、X 射线光电子能谱（XPS）、扫描透射电子显微镜（STEM）等材料结构表征，结合差分电化学质谱（DEMS）的原位反应过程分析，以及密度泛函理论（DFT）的微观作用机理计算，从实验与理论层面共同佐证了研究结论的可靠性。
Figure 1: (a) Polarization curves of FeO/Mn3CoOx, Mn3CoOx and reference samples in a 0.5 M H2SO4 (pH 0) solution. (b) Overpotentials, (c) Tafel plots, (d) Cdl values, and (e) Nyquist plots (@Ej=10, 20, 50) of FeO/Mn3CoOx. (f) Potential required to reach 50 and 100 mA cm−2 in 0.5 M H2SO4 for FeO/Mn3CoOx measured using chronopotentiometry holds.
相关研究成果发表在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》，online：https://doi.org/10.1002/anie.202523620。本研究工作开发了一种性能优异的“非晶态、非贵金属酸性 OER 催化剂”，更建立了一套普适性强的材料设计方法，为摆脱贵金属依赖、提升 PEM 水电解效率提供了新路径。该期刊是是德国化学会（GDCh）主办的国际顶级化学期刊，主要涵盖化学、生物学、材料科学、物理和工程学等学科的交叉研究。
