具有巨大潛力的過渡金屬羥基氧化物可用于多種催化氧化反應(yīng)。FeOOH因其天然豐度和成本效益而受到廣泛關(guān)注。同時(shí)，一體化電催化劑可以降低接觸電阻，暴露出更多的活性位點(diǎn)，使氣體溢出更加直接，但目前一步合成一體化FeOOH電極仍是一大挑戰(zhàn)。同時(shí)，F(xiàn)eOOH催化劑的研究還存在形態(tài)控制機(jī)制不明確的問題，阻礙了其應(yīng)用與發(fā)展。

電沉積法可通過控制電解液成分、施加電流和電壓，快速高效地制備不同成分和結(jié)構(gòu)的負(fù)載型催化劑。根據(jù)泊松-波爾茲曼模型，催化劑帶負(fù)電表面之間的電雙層（EDL）斥力主要受其厚度（即Debye長(zhǎng)度）影響。理論上，改變Debye長(zhǎng)度可以改變兩個(gè)帶電粒子之間的EDL排斥力，進(jìn)而影響電沉積過程。

青島科技大學(xué)王磊教授和賴建平教授團(tuán)隊(duì)采用一步電沉積法合成了Co引入的一體化FeOOH電催化劑，并提出引入不同價(jià)態(tài)的離子，通過精確調(diào)控EDL的組成和厚度來調(diào)節(jié)FeOOH的形態(tài)。密度泛函理論計(jì)算和相應(yīng)的物理表征共同證明了Co在FeOOH結(jié)構(gòu)中具有很強(qiáng)的電子捕獲和氫吸收能力，進(jìn)而促進(jìn)了FeOOH的形成和穩(wěn)定。在不引入其他離子的情況下，Co-FeOOH呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)。在電解液中引入La³⁺作為高價(jià)競(jìng)爭(zhēng)離子，可以降低EDL的厚度并減弱沉積過程中的斥力，從而形成更致密的塊狀結(jié)構(gòu)。相反引入低價(jià)K⁺離子可以增加EDL的厚度并增強(qiáng)沉積過程中的斥力，從而形成片狀結(jié)構(gòu)。

電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，與Co-FeOOH和Co-FeOOH-La³⁺相比，Co-FeOOH-K⁺在堿性電解液中表現(xiàn)出最佳的OER活性，其僅需要243、280和292 mV的過電位就能達(dá)到100、500和1000 mA·cm^-2的電流密度。優(yōu)異的催化活性是由于Co-FeOOH-K⁺的結(jié)構(gòu)更薄，可以暴露出更多的活性位點(diǎn)和更大的電化學(xué)活性面積。

綜上，本工作所報(bào)道的調(diào)節(jié)策略可用于合成和調(diào)節(jié)其他過渡金屬羥基氧化物的形態(tài)，并可擴(kuò)展應(yīng)用于其他催化反應(yīng)中。

圖1. Co-FeOOH、Co-FeOOH-La³⁺和Co-FeOOH-K⁺的合成示意圖。

圖2.（a）CoFeOOH、（b）CoFeOOH-La³⁺和（c）CoFeOOH-K⁺的SEM圖像；（d）CoFeOOH、（e）CoFeOOH-La³⁺和（f）CoFeOOH-K⁺的TEM圖像；（g）CoFeOOH-K⁺的HAADF-STEM圖像及其EDX圖譜。

圖3.（a）XRD譜圖；（b）拉曼光譜圖；（c）XPS全譜圖；（d）O 1s XPS光譜圖；（e）Co 2p XPS光譜圖；以及（f）Fe 2pXPS光譜圖；（g）Co-FeOOH和（h）Co-FeOOH-H的示意模型。藍(lán)色、綠色、粉色和白色球分別表示 Fe、Co、O和H原子。（i）FeOOH和Co-FeOOH上O位點(diǎn)的氫化形成能。

圖4. Co-FeOOH的生長(zhǎng)模型（a）CoFe電解質(zhì)；（b）含M³⁺的CoFe電解質(zhì)和（c）含M+的CoFe電解質(zhì)。

圖5.不同催化劑在1.0 M KOH溶液中的電催化OER性能研究。（a）OER 極化曲線；（b）電流密度為100 mA cm^-2、500 mA cm^-2和1000 mA cm^-2時(shí)的過電位；（c）Tafel斜率；（d）阻抗對(duì)比圖；（e）ECSA對(duì)比圖；（f）TOF對(duì)比圖；（g）Co-FeOOH-K⁺在多次循環(huán)前后的OER極化曲線，以及通過計(jì)時(shí)電流測(cè)試進(jìn)行的耐久性評(píng)估。(h) Co-FeOOH-K⁺與之前報(bào)道的電催化劑的OER活性比較。

賴建平，教授，青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，博士生導(dǎo)師，泰山學(xué)者青年專家，山東省優(yōu)青。主要從事超小納米（2-5 nm）金屬基能源電催化材料研究，發(fā)表SCI論文一百余篇，其中以通訊作者和第一作者身份在 Nat. Commun.(2),Chem, Joule, ACS Cent. Sci.,Energy Environ. Sci.(2), Adv. Mater., Adv. Energy Mater.(5), Adv. Funct. Mater.(3),Nano Lett.(2),Appl. Catal. B: Environ.(14)等國際著名期刊上發(fā)表SCI論文八十余篇，影響因子10以上六十余篇。主持科研項(xiàng)目包括山東省泰山學(xué)者人才工程計(jì)劃項(xiàng)目、山東省優(yōu)秀青年基金、國家青年基金等項(xiàng)目。作為主要完成人獲得教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國顆粒學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、中國科學(xué)院院長(zhǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。擔(dān)任Ecoenergy雜志青年編委。

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王磊，教授，山東省杰青，博士生導(dǎo)師，2006年于吉林大學(xué)獲無機(jī)化學(xué)博士學(xué)位。長(zhǎng)期從事無機(jī)微納米材料的可控合成及其在綠色能源等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，已在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., ACS Nano, Nano Energy, ACS Cent. Sci，Appl. Catal. B: Environ., Science China Chem., 中國科學(xué)、科學(xué)通報(bào)等國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文四百余篇, 其中通訊作者影響因子大于10.0的論文180余篇。作為第一完成人獲中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國可再生能源學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)人物獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

Liu J, Shi Y, Gu Y, et al. Regulate electric double layer for one-step synthesize and modulate the morphology of (oxy)hydroxides. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6264-z.