洁净煤技术

作者：刘桃花, 袁登辉, 邵鸿源, 王薇, 宋旭东, 王焦飞, 白永辉, 马保军, 于广锁

关键词：电催化水分解,生物质碳材料,析氧反应,界面结构

生物质衍生的碳材料因其独特的形貌、较高的比表面积以及分级多孔的结构在电催化水分解领域展现出潜力。然而，其固有缺陷如活性位点密度低和结构稳定性较差等问题，严重制约了其实际应用价值。研究通过高压水热碳化一次性筷子形成生物碳（BC），进一步采用浸渍和热处理将Fe修饰在其表面，构建了具有界面协同作用的Fe@BC复合催化剂，并研究了其电催化析氧反应（OER）性能。研究发现，Fe以氧化物的形式分布于BC载体表面。并且随着Fe的引入，BC的晶相和形貌结构发生了改变，形成了多孔的层状结构。重要的是，BC与Fe原子之间形成的Fe-O强界面相互作用能够诱导产生Fe2+与Fe3+双活性中心。随着OER反应的进行，催化剂表面形成更多缺陷羟基氧化物种，有效促进电子重新分布，补充OER过程中Fe位点的电荷累积，从而显著提升并稳定Fe3+和Fe2+活性中心的催化性能。该催化剂在碱性介质中展现出优异的OER催化性能，在电流密度10 mA/cm2和200 mA/cm2的条件下，其电位相对于可逆氢电极分别为1.482 V和1.550 V，显著优于商业RuO2催化剂。此外，该催化剂性能可以稳定保持48 h以上，该研究成果为设计新型高效的生物碳与过渡金属耦合的OER催化体系提供了创新思路。

来源：2025年第7期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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