近日，我所能源研究技术平台王军虎研究员团队（DNL2005组）与催化与新材料研究中心（15室）黄延强研究员团队合作，利用自主研发的原位电化学穆斯堡尔谱装置，对Ni-Fe基催化剂在电催化析氧反应(OER) 中的作用机理进行了深入探索。首次通过实验，在OER起始电位附近就观察到了大量Fe4+的存在，并进一步证实了OER的电流密度与原位产生的高价铁物种含量密切相关，加深了人们对Ni-Fe基催化剂中Fe位点在OER反应中作用机理的认识。

电催化析氧材料的研究对氢能源和金属空气电池等领域的发展具有重要意义，但目前商业化的大多为Ru、Ir基等贵金属催化剂，开发性能优异且价格低廉的非贵金属OER催化剂是近年来研究的热点。同时借助原位穆斯堡尔谱等方法研究OER材料的反应机理进而指导高性能OER催材料合成已成为探索OER材料的重要手段。对于Ni-Fe羟基氧化物OER催化剂，已有原位穆斯堡尔谱研究报道，发现在反应中的确有高价铁物种的存在，但是其观察在相对更高的电位下生成(远高于OER的起始电位)，并且认为动力学上不能有效促进OER反应的进行。（JACS, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5b10699）。

在此项工作中，王军虎团队以普鲁士蓝类似物为前驱体，通过拓扑转型的方法制备了低结晶度的Ni-Fe羟基氧化物，其具有高的OER活性。并通过原位电化学穆斯堡尔谱技术对其研究，首先发现在OER起始电位附近就已经有大量的Fe4+ (1.42 V vs. RHE , 12%) 生成，随着电压的增加，其含量可高达40% (1.57 V vs. RHE)。通过系统研究，该课题组从实验上首先证实了OER的电流密度与高价铁物种（Fe4+）的含量呈正相关，加深了人们对Ni-Fe羟基氧化物在OER中的反应机理的认识。

相关工作以全文的形式发表在能源化学的旗舰期刊Journal of Energy Chemistry上,并被遴选为封面文章（https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.09.014）。该项研究得到中科院对外合作重点项目(项目编号：121421KYSB20170020)等资助。（文/图 匡智崇）