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Fe和F共掺杂CoO纳米针阵列增强晶格氧活化和局部电场促进电催化析氧反应
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析氧反应（OER）对一系列清洁能源储存和转化过程至关重要。目前，公认的OER机理主要包括吸附氧化机理（AEM）和晶格氧反应机制（LOM）。其中LOM可通过晶格氧的直接耦合，绕过AEM过程中OOH*的形成过程，降低反应能垒。另外，催化剂的反应速率常常受到传质的限制。研究表明高曲率纳米结构可引入局部电场，在尖端表面富集电解质离子，促进传质。但尖端增强电场对OER的影响，如反应中间体的形成和O2气体的释放，却很少被探索。此外，高效的OER电催化剂应具有以下两个特点：1）通过调整金属阳离子和氧配体来激活晶格氧，2）具有丰富的高曲率位点，以促进传质，从而协同提高电催化活性。然而，晶格氧活化和局部电场增强的协同作用及其对电催化性能的相互作用尚未阐明。基于此，浙江农林大学胡勇教授课题组通过简单的阴、阳离子双掺杂策略制备了Fe和F共掺杂的CoO纳米针阵列（Fe、F-CoO NNAs）用于碱性条件下的电催化析氧反应。得益于晶格氧活化和局域电场的耦合作用，所制备的Fe、F-CoO NNAs在10 mA cm–2的电流密度下表现出169 mV的极低过电位，在500 mA cm–2的工业电流密度下表现出277 mV的过电位和优异的耐久性，超过了大多数已报导的OER催化剂。
该项工作基于安徽吸收谱RapidXAFS 2M结构谱仪对Fe和F共掺杂CoO纳米针阵列表征，首先Co元素 K边X射线吸收近边结构（XANES）光谱结果显示三个样品的吸收边位于标准CoO和Co2O3之间，表明Co的价态在+2和+3之间。其次，Fe， F-CoO NNAs与CoO NNAs相比能量更低，这表明二者的Co价态更低。Co 元素K边X射线扩展边结构傅里叶变换光谱（FT-EXAFS）在~1.4和~2.4 Å处显示出两个壳层，分别对应于Co−O和Co−Co的散射路径。未掺杂和掺杂样品中Co−O和Co−Co的K边振荡图几乎重叠，Co−O和Co−Co的距离相近，这表明Fe和F的掺入不会引起CoO的明显结构变化，进一步的小波变换（WT-EXAFS）图进一步证实了这一点。
综上，基于安徽吸收谱RapidXAFS 2M结构谱仪的XAFS技术在共掺杂CoO纳米针阵列中的电子结构、化学配位结构和晶体结构，提供了关于Fe和F掺杂对CoO材料影响的深入见解，支持了实验结果并验证了理论计算。这些数据对于理解Fe和F共掺杂如何提高OER催化性能提供了重要的科学依据。
