最近，多伦多大学Edward H. Sargent教授和斯坦福大学Aleksandra Vojvodic教授带领的一个加拿大、中国、美国国际研究团队在《Science》报道了他们在电催化分解水研究领域取得的成果（Homogeneously dispersed multimetal oxygen-evolving catalysts, Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aaf1525）。他们通过向铁钴氧化物中添加钨来调控铁、钴的电子结构，所制得的胶状Fe-Co-W羟基氧化物（oxyhydroxides）多金属析氧催化剂，具有迄今最低的析氧过电位，可以实现高效的水电解。 

　　图来源：University of Toronto 

　　电解水技术被认为是存储太阳能发电和风力发电等间歇式电能的关键技术，包括阴极析氢(HER)和阳极产氧(OER)两个半反应。其中产氧反应由于存在多种高能量的中间态，在无外加能量或无外加明显过电位的情况下，这一复杂的多步多电子反应将很难发生，即使采用高活性的贵金属催化剂，仍需很高的电压驱动电解水反应，且能源转换效率偏低。

　　通过添加钨调控析氧反应中间体的能量学 

　　该团队发展了一种室温下溶胶—凝胶合成方法，突破了由于不同金属氧化物晶格不匹配而导致相分离的障碍，最终使催化剂材料保持了Fe、Co和W多金属氧化物/氢氧化物的原子尺度上的均相分散性，极大地提升了不同金属原子间的相互作用，提升了产氧电催化剂性能。 

　　这种胶状Fe-Co-W催化剂的析氧过电位仅有191 mV（1M KOH 电解质；电流密度10 mA/cm²）。研究人员也测试了后续热处理方法对催化剂性质的影响，他们发现如果胶状Fe-Co-W羟基氧化物经历了后续的退火热处理（500 ℃）之后，析氧过电位会上升，而且催化性能也会降低。胶状Fe-Co-W催化剂的稳定性也不错，连续反应500 h后，催化剂的性能没有出现明显的降低。 

　　这些研究结果为析氧催化剂的进一步优化找到一个新方向，有望在能源转换与存储领域得到广泛运用。 

　　更多阅读：物理学家组织网报道 

        （综合 中国科学报、X-MOL报道）