近日，我中心与伊朗基础研究高等研究所、河南大学等继续合作，通过原位工况穆斯堡尔谱等多种谱学技术和镍铁水合氧化物的策略性合成，进一步揭示了镍铁水合氧化物中高价铁对析氧反应（OER）的重要性，讨论了不同过电位对应的OER区域及其活性位点，提出了表面与体相两种Fe物种的不同作用，强调了Fe与Ni之间的相互作用及通过控制Fe的引入优化催化性能的潜力，加深了镍铁水合氧化物中高价铁在OER中作用的认识。

镍铁水合氧化物作为OER电催化剂，因其高效性和稳定性而备受关注。然而，人们对其高活性机制的理解及镍和铁离子作用的认识仍然存在挑战。铁和镍可能通过改变价态、氧中间体的形成或促进反应过程中的电荷转移，对催化过程做出独特贡献。澄清这些作用可以进一步释放优化催化剂的潜力，以获得更好的性能，为洁净能源技术开发提供更高效、更具成本效益的OER催化剂。

图1. NiFe水合氧化物在不同条件下的循环伏安曲线，显示了在不同电位下Fe的氧化态化，为理解高价铁的生成和参与反应提供了直观数据.

在本研究中，我们全面研究了高价态铁在碱性介质中镍铁水合氧化物OER催化剂中的作用。我们采用了一系列原位工况技术，如可见光谱、表面增强拉曼光谱 (SERS) 、X射线吸收谱和穆斯堡尔谱，以阐明两种策略合成的镍铁水合氧化物催化剂 在OER 中的动态结构变化和作用机制。我们的研究发现，即使在 OER 过程后，高价态铁离子在镍铁氧化物结构中仍具有显著的稳定性。在对铁盐处理的镍氢氧化物进行 OER 过程时，在速率决定步骤中未检测到高价铁物种的生成。根据这些实验结果，我们认为铁在体相中的氧化（类似于镍离子）到高价态与电荷积累有关，而非直接参与 OER 催化，即少量表面高价铁离子积极参与 OER 过程，而体相高价铁离子主要用于电荷积累。对镍铁水合氧化物的战略性合成和详细分析使我们观察到了两种不同的铁物种，即表面铁和体相铁，进一步凸显了铁和镍之间相互作用的重要性，并表明通过铁的受控掺入可以优化其催化性能。

图2. 原位工况穆斯堡尔谱揭示了高价铁在不同电位下的行为，展示了体相和表面位点的分布情况，表明表面铁的转化对于OER至关重要。

相关成果以“A Hypothesis on the Function of High-Valent Fe in NiFe (Hydr)oxide in the Oxygen-Evolution Reaction”为题，发表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。该工作受到伊朗国家精英基金会、谢里夫理工大学和基础科学高级研究所基金、中国国家自然科学基金（项目编号：22350410386，22375200，U22A20394，21961142006）、中国科学院国际伙伴计划（项目编号：028GJHZ2023097GC）以及中国博士后科学基金会博士后奖学金项目（项目编号：GZC20232590）的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202418798