圖1：材料制備與結構

       

圖2：催化劑的化學狀態(tài)與局部結構

圖2通過X射線吸收光譜（XAS）分析了FeCoNiCrSm催化劑的化學狀態(tài)和局部配位環(huán)境。圖2A-C為Co、Ni和Cr的K邊X射線吸收近邊結構（XANES）光譜，顯示這些金屬的吸收能量介于金屬箔和氧化物之間，表明其表面存在部分氧化態(tài)，這種狀態(tài)有利于OER過程。圖2D-F為Co、Ni和Cr的K邊擴展X射線吸收精細結構（EXAFS）光譜，揭示了這些金屬在催化劑中的局部結構。例如，Co和Ni的光譜在2 ?處出現(xiàn)寬峰，表明金屬-氧鍵和金屬-金屬鍵共存；而Cr的光譜則顯示了Cr-O（1.6 ?）和Cr-Cr（2.6 ?）鍵的存在，表明Cr在催化劑表面發(fā)生了明顯氧化。這些結果表明，MPEM催化劑表面經歷了不同程度的氧化，其中Cr的氧化最為顯著，這可能與其對氧的親和性有關。這種表面氧化狀態(tài)不會影響OER性能，反而可能促進反應進行。

圖3：催化劑的OER性能評估

圖3展示了FeCoNiCrSm催化劑的電催化OER性能，并與FeCoNiCr和商業(yè)RuO?進行了對比。圖3A為線性掃描伏安法（LSV）曲線，顯示FeCoNiCrSm在10 mA/cm2電流密度下僅需244 mV的過電位，低于FeCoNiCr（270 mV）和商業(yè)RuO?（348 mV），表明其具有更高的催化效率。圖3B為Tafel曲線，F(xiàn)eCoNiCrSm的Tafel斜率為116.8 mV/dec，低于其他兩種催化劑，說明其反應動力學更快。圖3C為電化學阻抗譜（EIS）的奈奎斯特圖，F(xiàn)eCoNiCrSm的電荷轉移電阻（Rct）最小，僅為6.69 Ω，表明其電荷傳輸性能優(yōu)異。圖3D為雷達圖，綜合展示了不同催化劑的關鍵OER性能指標，進一步證實了FeCoNiCrSm的優(yōu)越性。圖3E為恒定電流密度下的計時電位曲線，顯示FeCoNiCrSm在10和100 mA/cm2的電流密度下能夠穩(wěn)定運行超過200小時，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。這些結果表明，F(xiàn)eCoNiCrSm催化劑不僅具有低過電位和高電流密度，還具備長期穩(wěn)定的性能，是理想的OER催化劑。

圖4：OER耐久性機制探索

圖4通過透射電子顯微鏡（TEM）和能量色散光譜（EDS）分析了FeCoNiCrSm催化劑在長期穩(wěn)定性測試后的微觀結構變化。圖4A-C為TEM圖像，顯示催化劑的原始形貌和晶格結構在長時間OER反應后得以保持，顆粒尺寸和形貌未發(fā)生明顯變化。圖4D為TEM-EDS元素分布圖，表明Fe、Co、Ni、Cr和Sm等金屬元素在納米顆粒中仍然均勻分布，未出現(xiàn)元素偏析或聚集現(xiàn)象。這些結果表明，F(xiàn)eCoNiCrSm催化劑在OER過程中表現(xiàn)出卓越的結構穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性源于多主元素的協(xié)同效應、晶格畸變對結構的影響以及動力學上的緩慢擴散效應。這些特性使得MPEM催化劑在長期運行中保持高效和穩(wěn)定的催化性能，為實際應用提供了重要保障。