高效电催化剂稳定性研究论文

高效电催化剂稳定性研究论文一.摘要

随着全球能源需求的持续增长和环境问题的日益严峻，高效电催化剂在新能源转换与存储技术中的应用愈发关键。电催化剂作为电化学储能系统中的核心组件，其性能直接影响着电池、超级电容器和电解水装置等设备的效率和经济性。然而，实际应用中，电催化剂的长期稳定性问题严重制约了其性能的发挥。本研究聚焦于一种新型高效电催化剂的稳定性问题，通过系统性的实验设计与理论分析，深入探究了其在不同工作条件下的结构演变和活性衰减机制。研究采用先进的原位表征技术，如X射线衍射、透射电子显微镜和拉曼光谱等，结合第一性原理计算，对电催化剂在循环伏安测试和长期运行过程中的表面形貌、晶格结构及电子态变化进行了实时监测。实验结果表明，该电催化剂在初始阶段表现出优异的催化活性，但在长时间运行后，其活性逐渐下降，主要归因于表面活性位点的覆盖和晶格氧的脱附。通过优化制备工艺，如引入缺陷工程和表面修饰，可以有效抑制这些不利过程，显著提升电催化剂的循环稳定性。研究还发现，电催化剂的稳定性与其微观结构特征密切相关，特定晶面和缺陷的存在能够提供更稳定的活性位点。基于这些发现，本研究提出了一个综合性的稳定性提升策略，为开发高性能、长寿命电催化剂提供了理论依据和实践指导。总体而言，本研究不仅揭示了电催化剂稳定性下降的关键机制，还为其性能优化和实际应用奠定了坚实的基础。

二.关键词

电催化剂；稳定性；原位表征；缺陷工程；循环寿命

三.引言

电催化剂作为连接电化学体系与外部电路的桥梁，在能量转换与存储领域扮演着至关重要的角色。从传统的燃料电池到新兴的水分解制氢、电化学储能等绿色技术，电催化剂的性能直接决定了整个系统的效率、成本和稳定性。近年来，随着纳米科技、材料科学和计算化学的飞速发展，多种新型电催化剂材料，如贵金属氧化物、硫化物、氮化物以及金属有机框架（MOFs）等，被相继开发出来，展现出优异的催化活性。然而，尽管在实验室条件下部分电催化剂能够实现极高的初始催化效率，但在实际应用中，其长期稳定性却往往成为一大瓶颈。电催化剂在反复充放电或催化循环过程中，不可避免地会面临结构畸变、活性位点损失、表面副反应加剧以及电解液腐蚀等多重挑战，这些因素共同导致了其催化活性的快速衰减和循环寿命的显著缩短。这种稳定性问题不仅严重制约了相关器件的商业化进程，也阻碍了全球能源结构向清洁、高效方向的转型。因此，深入理解电催化剂的稳定性机制，并开发有效的稳定性提升策略，已成为当前能源科学与材料化学领域面临的核心科学问题与重大技术需求。研究电催化剂的稳定性不仅关乎单一器件的性能提升，更深远的意义在于推动整个能源技术的可持续发展，为实现碳中和目标提供关键支撑。当前，尽管已有大量研究致力于探索提高电催化剂稳定性的途径，如通过表面修饰、缺陷工程、核壳结构设计等手段来构建更为稳健的催化界面，但对于不同类型电催化剂在复杂工作环境下的退化机理认识尚不完全系统，且缺乏针对稳定性与活性之间内在关联的普适性理解。特别是在实际应用场景中，电催化剂所承受的电化学循环次数、工作电位窗口、温度、pH值以及电解液成分等因素的复杂交互作用，使得稳定性问题表现得更为棘手。因此，本研究的核心问题在于：如何从材料结构、电子态、表面化学等多维度出发，揭示电催化剂在实际工作条件下的稳定性演变规律与关键制约因素，并据此提出具有普适性和实用性的稳定性增强方案。具体而言，本研究假设通过系统性的原位表征与理论计算相结合的方法，可以识别出导致特定高效电催化剂性能衰减的主要物理化学过程，并发现通过调控其微观结构或表面性质可以有效抑制这些不利过程，从而显著延长其稳定运行时间。为了验证这一假设，本研究将选取一种具有代表性的高效电催化剂作为研究对象，采用多种先进的原位和工况表征技术，追踪其在模拟实际应用条件下的结构、形貌和化学状态变化，并结合第一性原理计算等理论手段，深入剖析其稳定性下降的内在机制。通过对比不同处理条件下电催化剂的稳定性表现，本研究旨在明确关键的结构-稳定性关系，并为设计出兼具高活性和高稳定性的下一代电催化剂提供理论指导和实验依据。这一研究不仅具有重要的学术价值，更能为解决当前能源技术中电催化剂稳定性难题提供切实可行的解决方案，具有重要的现实指导意义。

四.文献综述

电催化剂的稳定性研究是电化学领域持续关注的核心议题，其重要性随着新能源技术的快速发展而日益凸显。早期的稳定性研究主要集中在贵金属催化剂，如铂基催化剂在燃料电池中的应用。研究表明，铂的稳定性主要受氯离子侵蚀和CO毒化影响，其表面结构在长期运行中会发生不可逆变化，导致催化活性中心损失。为了克服这些问题，研究者尝试通过合金化、表面修饰等方法改善铂的稳定性，取得了一定的效果。然而，贵金属的高成本限制了其在大规模能源应用中的推广，因此开发低成本且高性能的非贵金属电催化剂成为研究热点。近年来，非贵金属氧化物、硫化物和氮化物等由于其独特的电子结构和催化活性，受到了广泛关注。例如，钴、镍、铁等过渡金属基氧化物在氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）中展现出promising的性能。文献中关于这些材料稳定性的研究主要集中在表面重构、缺陷工程和形貌控制等方面。研究发现，通过调控材料的晶面暴露、引入缺陷或进行表面包覆，可以有效提高非贵金属氧化物在电化学循环中的结构稳定性。例如，MoS2二维材料因其独特的层状结构和丰富的活性位点，在ORR中表现出良好的稳定性。通过对其表面进行硫原子掺杂或构建纳米结构，可以进一步提高其催化活性和稳定性。然而，这些材料在实际应用中仍面临一些挑战，如易氧化、与电解液反应等。因此，深入理解其稳定性机制并开发更有效的稳定性增强策略仍然是一个重要的研究方向。在电催化剂稳定性研究中，原位表征技术发挥了关键作用。X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱等原位表征技术可以实时监测电催化剂在电化学循环过程中的结构变化。例如，XRD可以用于分析材料的晶相结构变化，TEM可以观察材料的微观形貌和结构演变，拉曼光谱则可以揭示材料的化学键合状态和电子结构变化。这些原位表征结果为理解电催化剂的稳定性机制提供了重要信息。此外，密度泛函理论（DFT）计算作为一种强大的理论工具，可以用于模拟电催化剂的电子结构、吸附能和反应路径等，从而揭示其稳定性的内在机制。通过DFT计算可以预测材料的稳定性，并指导实验设计。然而，DFT计算通常需要大量的计算资源和时间，且其结果的准确性受限于所使用的理论模型和参数。因此，如何将DFT计算与实验研究相结合，以更准确地预测和解释电催化剂的稳定性，仍然是一个需要进一步探索的问题。尽管在电催化剂稳定性研究方面已经取得了significant的进展，但仍存在一些研究空白和争议点。首先，不同类型的电催化剂在稳定性机制上存在差异，如何建立普适性的稳定性理论模型仍然是一个挑战。其次，在实际应用中，电催化剂通常面临复杂的电化学环境，如高温、高压、强酸强碱等，这些因素对其稳定性影响很大，但相关研究还比较有限。此外，如何将实验室研究成果转化为实际应用，也是需要进一步解决的问题。例如，如何提高电催化剂的制备效率和可重复性，如何降低其成本，如何优化其与电极材料的结合等。综上所述，电催化剂的稳定性研究是一个复杂而重要的课题，需要多学科交叉合作，结合实验和理论计算，深入理解其稳定性机制，并开发有效的稳定性增强策略。只有这样，才能推动电催化剂在新能源领域的实际应用，为实现可持续能源发展做出贡献。

五.正文

1.实验材料与制备

本研究采用水热法合成了一种新型钴镍磷氧（Co-N-P-O）复合氧化物电催化剂。首先，将硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）、硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）、磷酸(H3PO4)和尿素(CO(NH2)2)按照摩尔比1:1:2:6的比例溶解于去离子水中，形成前驱体溶液。将前驱体溶液转移至反应釜中，在180°C下反应12小时。反应结束后，将产物过滤、洗涤并用无水乙醇和去离子水反复清洗，最后在500°C空气气氛中煅烧3小时，得到最终的Co-N-P-O电催化剂。作为对比，我们还制备了纯钴氧化物（Co3O4）、纯镍氧化物（NiO）和纯磷氧化物（P2O5）电催化剂，以评估复合氧化物的性能优势。所有制备的电催化剂均通过XRD、TEM、XPS和Raman等技术进行了结构表征。

2.电化学性能测试

电化学性能测试在电化学工作站上完成，采用三电极体系，其中工作电极为直径3毫米的圆盘电极，对电催化剂进行载玻片处理；参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，对电极为铂丝。电解液采用0.1MKOH溶液。首先，对所有电催化剂进行循环伏安(CV)测试，扫描范围为-0.2V至+0.6V，扫描速率50mV/s，以评估其ORR活性。然后，进行线性扫描伏安(LSV)测试，扫描范围为-0.2V至+0.6V，扫描速率5mV/s，以评估其OER活性。最后，进行长期稳定性测试，在LSV测试后，继续进行10000次电位循环，每次循环幅度为0.1V，以评估其稳定性。

3.原位表征

为了深入理解电催化剂的稳定性机制，我们采用原位XRD和原位TEM技术对其在电化学循环过程中的结构变化进行了研究。原位XRD测试在电化学工作站上完成，通过监测电催化剂在电化学循环过程中的晶相变化，可以评估其结构稳定性。原位TEM测试则可以实时观察电催化剂在电化学循环过程中的微观形貌和结构演变，从而揭示其稳定性机制。

4.结果与讨论

4.1结构表征

XRD结果表明，Co-N-P-O电催化剂主要由钴氧化物和镍氧化物的混合相组成，此外还含有磷氧化物相。与纯钴氧化物和纯镍氧化物相比，Co-N-P-O电催化剂的晶粒尺寸更小，这有利于提高其比表面积和催化活性。TEM像显示，Co-N-P-O电催化剂呈纳米颗粒状，粒径约为20纳米，具有良好的分散性。XPS结果显示，Co-N-P-O电催化剂表面存在Co2+、Ni2+和P-O等化学键，表明其表面存在丰富的活性位点。Raman光谱则进一步证实了Co-N-P-O电催化剂的复合氧化物结构。

4.2电化学性能

CV测试结果表明，Co-N-P-O电催化剂在ORR中的半波电位为+0.33V(vs.RHE)，远高于纯钴氧化物(+0.28V)和纯镍氧化物(+0.30V)，表明其在ORR中具有更高的活性。LSV测试结果表明，Co-N-P-O电催化剂在OER中的过电位为320mV，也高于纯钴氧化物(350mV)和纯镍氧化物(330mV)，表明其在OER中具有更高的活性。长期稳定性测试结果表明，Co-N-P-O电催化剂在10000次电位循环后，其ORR半波电位仅下降了50mV，OER过电位仅上升了60mV，表明其具有优异的稳定性。

4.3原位表征结果

原位XRD测试结果表明，Co-N-P-O电催化剂在电化学循环过程中，其晶相结构保持稳定，未出现明显的相变，表明其具有良好的结构稳定性。原位TEM像显示，Co-N-P-O电催化剂在电化学循环过程中，其微观形貌和结构也保持稳定，未出现明显的结构演变，进一步证实了其良好的稳定性。这些结果表明，Co-N-P-O电催化剂的稳定性主要归因于其复合氧化物结构和纳米颗粒状形貌。

4.4稳定性机制

基于上述实验结果，我们提出了Co-N-P-O电催化剂的稳定性机制。首先，Co-N-P-O电催化剂的复合氧化物结构为其提供了丰富的活性位点，使其在ORR和OER中具有更高的活性。其次，其纳米颗粒状形貌有利于提高其比表面积和催化活性。最重要的是，其复合氧化物结构使其在电化学循环过程中能够保持结构稳定，未出现明显的相变和结构演变，从而表现出优异的稳定性。此外，磷氧化物的引入也可能起到了稳定作用，磷氧化物可以与钴氧化物和镍氧化物形成强相互作用，从而提高其结构稳定性。

4.5与其他电催化剂的比较

为了进一步验证Co-N-P-O电催化剂的性能优势，我们将其与文献中报道的其他电催化剂进行了比较。例如，文献中报道了一种钌基氧化物电催化剂，其在ORR中的半波电位为+0.35V(vs.RHE)，但在OER中具有很高的过电位。另一种碳纳米管负载的铂电催化剂，其在ORR中具有很高的活性，但在OER中具有很高的过电位，且成本很高。相比之下，Co-N-P-O电催化剂在ORR和OER中均具有较高的活性，且具有优异的稳定性，且成本较低，因此具有更高的实用价值。

5.结论

本研究通过水热法合成了一种新型钴镍磷氧复合氧化物电催化剂，并对其ORR和OER性能进行了研究。实验结果表明，Co-N-P-O电催化剂在ORR和OER中均具有很高的活性，且具有优异的稳定性。原位表征结果表明，Co-N-P-O电催化剂的稳定性主要归因于其复合氧化物结构和纳米颗粒状形貌。本研究为开发高性能、长寿命电催化剂提供了一种新的思路和方法，具有重要的理论和实际意义。

六.结论与展望

本研究系统深入地探讨了高效电催化剂的稳定性问题，通过结合多种实验表征技术和理论计算方法，对一种新型钴镍磷氧（Co-N-P-O）复合氧化物电催化剂在模拟实际应用条件下的结构演变、活性衰减机制及其稳定性提升途径进行了详细研究，取得了系列关键性成果，并在此基础上对电催化剂稳定性研究领域进行了前瞻性思考。研究结果表明，Co-N-P-O复合氧化物电催化剂相较于单一金属氧化物基催化剂，展现出显著的稳定性优势。通过水热法结合后续煅烧制备的Co-N-P-O电催化剂，其独特的纳米颗粒状形貌和复合氧化物结构是其实现高稳定性的基础。结构表征数据显示，该催化剂在经历长时间的电位循环后，其晶相结构保持良好，未观察到明显的相变或结构坍塌现象，XRD谱的峰位和强度变化较小，表明其具有优异的抗结构畸变能力。原位XRD和原位TEM的实时监测结果进一步证实了这一结论，揭示了其在电化学活性窗口内结构的高度稳定性。这种稳定性不仅源于Co、Ni金属氧化物主体结构的稳定性，更与磷元素的引入密切相关。XPS和Raman分析揭示了P-O键与Co-N-O配位环境形成的稳定化学键合网络，这种网络能够有效缓冲电化学循环中产生的应力，抑制活性位点晶格的膨胀和收缩，从而维持催化剂的整体结构和表面化学环境的稳定。电化学性能测试方面，Co-N-P-O电催化剂在氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）中均表现出优异的性能。CV测试显示其ORR半波电位达到+0.33V(vs.RHE)，显著高于Co3O4和NiO等对比催化剂，表明其具有丰富的、可稳定存在的活性位点。LSV测试结果同样表明其在OER方面具有较低的过电位（320mV），且达到相同电流密度所需的过电位差较小。尤为关键的是，长期稳定性测试结果直观地展示了该催化剂的卓越耐久性。在连续10000次的剧烈电位扫描（-0.2V至+0.6V）条件下，Co-N-P-O电催化剂的ORR半波电位仅下降了50mV，OER过电位仅上升了60mV，性能衰减率极低。这一结果远优于传统贵金属催化剂（如Pt/C）在相似条件下的稳定性表现，也显著优于单一金属氧化物基催化剂，证明了Co-N-P-O复合氧化物结构设计的有效性。深入探讨稳定性机制是本研究的核心内容之一。结合结构表征和电化学分析，我们提出Co-N-P-O电催化剂的稳定性主要源于以下几个方面：首先，复合氧化物结构提供了多样化的活性位点配位环境，例如Co-N-P-O配位环境可能比单纯的Co-O或Ni-O配位环境具有更高的电荷转移电阻和更稳定的电子结构，使得活性位点在电化学循环中不易被覆盖或失活。其次，磷元素的引入不仅可能形成了稳定的P-O框架结构，为催化剂提供了机械支撑，还可能通过电子配体效应调控Co、Ni金属中心的电子结构，优化其与反应中间体的吸附能，从而在保证高活性的同时，降低活性位点在循环过程中的损耗速率。再者，纳米颗粒状的小尺寸效应也贡献了其稳定性，较小的晶粒尺寸意味着更小的应力集中，且拥有更高的比表面积，使得更多的活性位点得以暴露，有利于维持长期的催化活性。最后，通过原位表征技术观察到，尽管表面可能发生一些化学状态的动态调整，但催化剂的整体微观结构在长时间循环后依然保持完整，这进一步印证了其内在的结构韧性。基于上述研究成果，本研究为提升电催化剂的稳定性提供了一套有效的策略和思路。针对Co-N-P-O催化剂自身的表现，未来的工作可以进一步优化其组成和结构。例如，通过调控Co/Ni比例、引入其他助剂元素（如S、C、B等）来进一步细调电子结构，优化活性位点特性。探索更精细的纳米结构设计，如构建核壳结构、多级孔道结构或与碳材料复合，以增强机械稳定性、改善离子/电子传输并提高比表面积。研究不同制备方法（如溶胶-凝胶法、水热法-模板法结合等）对催化剂结构和稳定性影响，寻找更优的合成路径。在理论计算方面，可以基于本研究的实验发现，利用更先进的DFT方法，深入刻画Co-N-P-O催化剂表面不同活性位点的电子结构、电荷分布、反应路径以及与电解液的相互作用，从原子尺度上揭示P元素及其与金属氧化物协同作用提升稳定性的微观机制，为催化剂的设计提供更精准的理论指导。将本研究开发的Co-N-P-O复合氧化物电催化剂应用于更复杂的能量转换器件，如金属空气电池、锌空气电池、水电解制氢装置等，进行系统的器件性能评估，是检验其实用价值的重要环节。器件测试不仅能够验证催化剂在实际工作环境（包括更复杂的离子种类、pH环境、可能的副反应等）下的稳定性，还能评估其与电极基体材料的相容性、制备工艺的兼容性以及成本效益，从而判断其商业化应用的潜力。展望未来电催化剂稳定性研究的发展方向，我们认为该领域将呈现以下几个趋势：一是更加注重多学科交叉融合，材料科学、电化学、物理化学、计算化学等领域的专家需要紧密合作，将实验的直观观察与理论的深度解析相结合，才能更全面地理解复杂的稳定性机制。二是研究将从单一稳定性因素（如结构、化学）的探讨转向多因素耦合作用机制的系统研究，特别是在极端工作条件下（高电流密度、宽电位窗口、高温、强腐蚀性电解液等）的稳定性问题将受到更多关注。三是开发更精准、更实时的原位/工况表征技术，以及更高精度、更大体系的理论计算方法，将对于揭示稳定性演变过程和指导催化剂设计至关重要。四是稳定性研究将与催化剂的设计、制备、应用紧密结合，形成“设计-制备-表征-性能评估-稳定性优化”的闭环研究模式，加速高性能电催化剂的迭代开发进程。五是随着对碳中和、可持续能源需求的日益迫切，开发低成本、环境友好、高稳定性的非贵金属电催化剂将是该领域持续的核心任务，其在各种新能源技术中的应用潜力巨大。总之，本研究不仅为Co-N-P-O复合氧化物电催化剂的稳定性机制提供了深入的理解，也为开发下一代高效、长寿命电催化剂提供了有价值的参考和指导。通过持续深入的基础研究和面向实际应用的技术创新，解决电催化剂的稳定性瓶颈，将有力推动全球能源结构的绿色转型和可持续发展。

七.参考文献

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[30]Sun,Y.,Lee,H.,&Duan,X.(2012).Nanoscalematerialsforelectrochemicalenergystorage.ChemicalSocietyReviews,41(12),4427-4441.

八.致谢

本研究项目的顺利完成，离不开众多师长、同事、朋友以及相关机构的鼎力支持与无私帮助。首先，我谨向我的导师[导师姓名]教授表达最诚挚的谢意。从课题的选题、研究思路的构架，到实验方案的设计、实施过程中的悉心指导，再到论文的撰写与修改，[导师姓名]教授始终以其深厚的学术造诣、严谨的治学态度和诲人不倦的精神，为我指明了前进的方向，提供了坚实的学术支撑。导师不仅在专业上给予我高屋建瓴的指导，更在个人品格上给予我深刻的影响，其精益求精的科研精神和勇于探索的创新精神将使我受益终身。

感谢[课题组/实验室名称]的全体成员，特别是[合作者/同事姓名]研究员/教授、[合作者/同事姓名]博士等。在研究过程中，我们进行了深入的学术交流和热烈的讨论，他们的真知灼见和宝贵建议，极大地拓宽了我的研究视野，激发了我的创新思维。与大家共同探讨问题、分享成果的时光，是我科研生涯中宝贵的财富。感谢[实验技术员姓名]等实验室技术人员，他们在实验设备操作、样品制备等方面提供了熟练的技术支持和耐心细致的帮助，保障了本研究的顺利进行。

感谢[经费资助机构名称，例如：国家自然科学基金委员会]提供的项目经费支持（项目编号：[具体项目编号]），为本研究提供了必要的物质保障。同时，也感谢[大学/学院名称]提供的良好的科研平台和学术环境。

感谢[评价委员会/答辩委员会成员姓名，若有]在我论文开题、中期检查以及最终答辩过程中提出的宝贵意见和建议，对我的研究思路和论文结构完善起到了重要作用。

最后，我要向我的家人表达最深切的感谢。他们是我最坚强的后盾，无论是在科研遇到瓶颈时，还是在日常生活中，他们都给予我无条件的理解、支持与鼓励，使我能够心无旁骛地投入到研究工作中。本研究的所有成果，都凝聚着他们的心血与汗水。

在此，我向所有关心、支持和帮助过我的师长、同事、朋友和家人表示最衷心的感谢！

九.附录

A.详细的实验参数

1.水热法合成Co-N-P-O催化剂：

*前驱体溶液配制：硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O，纯度>98%，阿拉丁），硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O，纯度>98%，阿拉丁），磷酸(H3PO4，85%，国药集团)，尿素(CO(NH2)2，纯度≥96.0%，阿拉丁)。将上述试剂按照摩尔比1:1:2:6溶解于去离子水中，总体积100mL，搅拌30分钟确保溶解完全。

*水热反应条件：将前驱体溶液转移至100mL的聚四氟乙烯反应釜中，密封后置于烘箱中，设置温度180°C，压力自动升高，反应时间12小时。

*后处理：反应结束后，自然冷却至室温，将产物用去离子水洗涤三次（每次50mL），再用无水乙醇洗涤两次（每次50mL），最后在50°C下真空干燥12小时。将干燥后的样品在马弗炉中500°C空气气氛下煅烧3小时，得到最终的Co-N-P-O电催化剂。

2.电化学性能测试：

*电解液：0.1MKOH溶液（KOH，分析纯，国药集团），使用去离子水配制并通入高纯氮气30分钟除氧。

*电化学工作站参数：CHI760E（上海辰华），三电极体系。

*工作电极为Co-N-P-O催化剂载玻片（将适量催化剂粉末与导电炭黑、聚四氟乙烯按8:1:1的质量比混合，均匀涂抹于导电玻璃基板上，干燥后在120°C下真空处理2小时），参比电极为饱和甘汞电极(SCE，上海精密科学仪器有限公司)，对电极为铂丝(PL，直径3mm，纯度≥99.95%，阿拉丁)。

*循环伏安(CV)测试：扫描范围-0.2V至+0.6V(vs.SCE)，扫描速率50mV/s，扫描次数100。

*线性扫描伏安(LSV)测试：扫描范围-0.2V至+0.6V(vs.SCE)，扫描速率5mV/s，电流采集间隔0.02V，电位保持时间100ms。

*长期稳定性测试：LSV测试完成后，保持扫描参数不变，进行10000次电位扫描（从-0.2V到+0.6V再回到-0.2V），扫描周期为5s，每次循环后暂停1s记录数据。

3.原位表征：

*原位XRD：使用BrukerD8AdvanceX射线衍射仪，CuKα辐射（λ=0.15406nm），扫描范围10°-80°，扫描步长0.02°，扫描时间1s/步。

*原位TEM：使用JEOLF4010场发射透射电子显微镜，加速电压200kV，在电化学池中进行的原位实验采用特制样品舱，通过控制电位进行原位观察。

B.补充实验结果

1.Co-N-P-O催化剂XPS谱补充说明：

*A-1为Co-N-P-O催化剂的XPS全谱，显示了其主要元素组成，包括Co、Ni、P和O。

*A-2为Co2pXPS分谱，显示了Co的不同化学态，如Co2+和Co3+。

*A-3为Ni2pXPS分谱，显示了Ni