上图显示了Fe3Co（PO4）4/rGO的理论预测结构。铁（Fe）表示为黄色，钴（Co）表示为蓝色，磷（P）表示为紫色，氧（O）表示为红色，氢（H）表示为白色。图片：UNIST
最近韩国蔚山国立科学技术大学（UNIST）的一项研究报告了氧释放反应（OER）的磷酸盐基电催化剂Fe3Co（PO4）4/还原石墨烯（rGO）催化剂，密度泛函理论（DFT）预测其具有很高的活性。
水分子分解制氢是一种环保能源，可用来替代化石燃料，这引起了人们的极大兴趣。同时，重要的是提高水分解反应的效率以使用更少的电，并且开发廉价的高性能催化剂来帮助重要的产氧反应。
新型催化剂引人注目，其性能比市售昂贵的催化剂提高了25％。该电催化剂显示出低过电位（在mA/cm^2的高电流密度下为mV），高转换频率（TOF：0.54/s），法拉第效率高（98％）和长期耐用性。
在水分解反应中，同时产生氢气和氧气。然而，两者中的氧气产生反应相对较慢，以降低整个水分解反应的效率。为了克服这个问题，氧化铱（IrO2）和氧化钌（RuO2）被用作氧发生反应的催化剂，以提高反应速度，但是它们的稳定性差。另外，铱和钌价格昂贵。
该团队开发了一种新的制氧催化剂，该催化剂使用廉价的材料并且高效且稳定。Sultan是将铁（Fe），钴（Co）和磷酸（P）放在由UNIST化学研究员设计的氧化石墨烯载体上的材料。根据研究方向，UNIST化学研究员Hamilan使用一台超级计算机来计算铁和钴可以与磷酸结合的各种成分的材料。
在基于磷酸盐的电催化剂的情况下，氧释放反应在铁和钴原子上发生。这些原子周围的电子和化学键的分布决定了氧释放反应的效率。对于新开发的催化剂，计算添加的磷酸以优化该反应。研究小组合成了这些理论上可以预测的材料，并通过实验对其进行了演示。
这种新型催化剂的效率比市售氧化铱催化剂高25％以上。催化效率使用“过电位”评估，即进入反应的电能的数量。当每1cm^2催化剂获得毫安（mA）的电流密度时，氧化铱需要毫伏（mV），而对于新催化剂，它仅需要mV。该值接近理论上的预测值。
新合成的材料具有出色的稳定性和性能。超过次后，反应在结构上没有明显改变，甚至在反应70小时后，反应活性也没有降低。另外，构成催化剂的氧化石墨烯载体补偿了铁/钴和磷酸的低电导率，这显示出更好的反应性。
Kim教授说：“通过这项研究，我们开发了一种比昂贵的商业催化剂生产更多氧气的催化剂，而且价格便宜数百倍。这将有助于开发用于各种环保能源材料（例如燃料电池）的催化剂。”
