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氧析出反应（OER）在水电解制氢技术中扮演重要角色，但要实现OER的高效性和稳定性仍具挑战。传统NiOOH催化剂主要依赖于吸附演化机制（AEM），然而该机制受限于中间体的吸附能量，使得反应活性受到理论约束。通过引入Zn掺杂，本文提出了一种自适应Zn-NiOOH亚纳米线催化剂，在OER中激活了晶格氧演化机制（LOM），从而突破传统的活性限制。
成果简介
该研究通过Zn掺杂改性NiMoO₄亚纳米线，将其转化为Zn-NiOOH亚纳米线，显著提升了OER的稳定性和活性。实验发现，Zn掺杂不仅改善了催化剂的电子结构，还使其能够自适应地调整反应中间体的配位，从而有效激活晶格氧。此外，亚纳米结构进一步稳定了Zn-NiOOH的晶格氧，防止了因结构溶解引起的失活。结果表明，Zn-NiOOH在10 mA cm⁻²的电流密度下仅需179 mV的过电位，并在200 mA cm⁻²下稳定运行800小时，表现出优异的OER性能。
研究亮点
自适应晶格氧激活：通过Zn掺杂引入晶格氧演化机制，显著降低OER的理论过电位，提升催化活性。
结构稳定性提升：亚纳米结构使Zn-NiOOH具备自适应的氧化态，延长了催化剂的稳定寿命。
先进的表征手段：采用原位拉曼光谱和18O同位素标记实验揭示了OER中的晶格氧参与机制。
配图精析
图1：展示了Zn-NiMoO₄亚纳米线的结构特征，包括其高分辨透射电镜（TEM）图像和元素分布图，证实了Zn在NiMoO₄晶格中的均匀分布。
图2：对比了Zn-NiOOH和NiOOH的电化学性能，Zn-NiOOH表现出更低的过电位和更陡的塔菲尔斜率，显示出优异的OER活性。
图3：通过原位拉曼光谱观察了Zn-NiOOH亚纳米线在OER过程中的结构变化，显示出晶格氧参与反应的特征拉曼峰。
图4：Zn-NiOOH亚纳米线的晶格氧在OER中的直接参与。
图5：通过密度泛函理论（DFT）计算，阐明了Zn掺杂如何通过调节Ni-O共价键实现自适应的晶格氧激活，并展示了反应自由能分布图。
展望
本研究通过在NiOOH亚纳米线中引入Zn，激活了具有较低过电位的晶格氧演化机制，为OER催化剂的设计提供了新思路。未来，通过进一步优化催化剂的自适应结构，有望在清洁能源生产中实现更加高效、稳定的应用。
文献信息
期刊：Journal of the American Chemical Society
DOI：10.1021/jacs.4c09931
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