李坦教授、陈光需教授， Energy Storage Materials观点：淬火诱导Fe掺杂增强废旧正极材料电解水性能

将废旧电池正极材料重新利用为电催化剂提供了一种双重功能战略，既能减轻环境负担，又能创造高附加值产品。然而，开发高效的转化策略将废旧正极材料转化为高活性、低成本的电催化剂仍面临严峻挑战。现行湿法和火法回收工艺虽能回收金属离子，但存在局限性：湿法冶金工艺会破坏正极材料骨架结构，使从材料回收到直接再利用的过渡变得更加复杂；火法冶金需要超高温处理，往往会造成材料结块和高碳排放，导致活性位点降低及环境二次污染。值得注意的是，废旧正极材料中富含的缺陷结构与相变特征具有潜在催化活性，但其本征活性较低，现有回收策略普遍忽视此类结构优势。如何在保留原始结构框架的前提下，实现废旧正极材料转化为电催化剂仍然具有挑战性。

基于废旧钴酸锂（SLCO）固有的层状-尖晶石相异质结构，通过酸洗-煅烧-淬火策略，巧妙的将SLCO转化为具有高活性、优异循环稳定性的电解水催化剂(Fe-LCO/Co₃O₄)。其中，酸洗在 SLCO 表面形成三维多孔框架，提升活性比表面积。淬火在多相成分中引入缺陷，同时驱动Fe³⁺掺杂到 LCO/Co₃O₄两相结构中，协同调控两相晶体结构和元素配位环境。

XPS分析表明，在含Fe³⁺溶液中淬火处理提升材料氧空位浓度，晶格氧向低结合能偏移，并增大Co²⁺占比，同时成功引入Fe掺杂。Co K 边 XANES 光谱显示，Fe-LCO/Co₃O₄ 的近边吸收能量高于 Co₃O₄，表明Fe-LCO/Co₃O₄中 Co 的平均氧化态更高。EXAFS光谱拟合结果表明，Fe-LCO/Co₃O₄中Co-O的配位数（CN）为4.79。Fe K-edge XANES光谱表明，Fe的价态与Fe³⁺的价态非常相似。相应的EXAFS结果阐明了铁原子的配位环境：在~1.5 Å处的峰归因于Fe-O散射峰（无Fe-Fe峰）。EXAFS光谱拟合结果表明，一个Fe原子与5.2个O原子配位，Fe-O键的平均距离为1.94±0.019 Å，证明Fe3+以原子级分散形式嵌入LixCoO₂/Co₃O₄载体。

电化学测试显示，Fe-LCO/Co₃O₄在10 mA cm^-2下的过电位为312 mV，优于LCO/Co₃O₄ （400 mV）、W-LCO/Co₃O₄ （399 mV）、Fe-LCO （342 mV）、Fe-Co₃O₄ （327 mV）和商用IrO₂ （325 mV）。当电流密度达到70 mA cm^-2时，其过电位仍保持最低（339 mV），凸显卓越的碱性OER活性。动力学分析进一步揭示，Fe-LCO/Co₃O₄的Tafel斜率低至为34 mV dec^-1（优于Fe-LCO的89 mV dec^-1和Fe-Co₃O₄ 75 mV dec^-1），表明Fe离子与LCO/Co₃O₄异质界面的耦合有效促进了析氧动力学。同时，该催化剂具有超过 1000 小时的显著稳定性。

通过电化学阻抗谱（EIS）与原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）揭示Fe³⁺掺杂的增强OER机制。EIS的波特图显示，在1.5 V vs. RHE下，Fe-LCO/Co₃O₄的低频区（LF）相位角相比于LCO/Co₃O₄明显减小，表明界面极化阻力减小。等效电路拟合证实其电荷转移阻抗（Rct）显著降低，归因于Fe³⁺离子掺杂有效提升电子传输速率。原位FTIR在1225 cm-1附近检测到OOHad吸附物种（O-O拉伸模式），明确OER过程遵循吸附质演化机制（AEM）。Fe-LCO/Co₃O₄检测到OOHad的电位（1.3 V vs. RHE）较LCO/Co₃O₄（1.35 V vs. RHE）负50 mV，且1412 cm-1处分子氧的O-O信号强度随电位升高而增强，证明Fe能有效加速电化学动力学，促进低电位下关键OER反应中间体的形成。DFT计算表明，Fe-Co 双位点改变*OH 和 *O 的吸附构型，优化了结合能力，有效降低*OOH脱氢能垒（RDS步骤），使Fe-LCO/Co₃O₄的ΔG*OOH→O₂较LCO/Co₃O₄降低0.24 eV，从而加速了析氧反应。

李坦教授简介：昆明理工大学化学工程学院特聘教授，硕士生导师。2023年入选云南省“兴滇英才支持计划”青年人才项目。主要从事基于DFT模拟光/电催化能源分子转化机制和新能源材料设计的研究。至今，在Nature, Angew. Chem., ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater, Nano Lett., ACS Nano, Energy Stor. Mater., Biosensors and Bioelectronics, Appl. Catal. B, Fuel, Nano Res.等国际学术期刊上发表SCI论文50多篇。

陈光需教授简介：华南理工大学环境与能源学院教授，博士生导师。2014年于厦门大学化学化工学院无机化学专业获得博士学位，师从郑南峰教授。2014年至2015年，在厦门大学能源材料化学协同创新中心从事博士后研究。2015年至2019年，在斯坦福大学崔屹教授课题组进行博士后研究。2018年入选海外高层次引进人才青年项目。主要研究兴趣是功能纳米材料的控制合成，纳米材料的表界面结构控制与表征以及功能纳米材料在多相催化和电催化性能的研究等。至今，在Science，Nat. Mater., Nat. Catal., Nat. Commun., ACS Nano，Small，ACS Catal., ACS AMI，EST，Nano Lett. Energy Stor. Mater.,等国际著名期刊上发表SCI论文60多篇。论文已被引用超过13000次（Google scholar），H因子44。