Angew：原子稀土位点激活尖晶石晶格氧助力OER
学术
2024-10-17 20:03
上海
人们发现尖晶石氧化物催化剂是高活性的OER电催化剂，由于尖晶石氧化物的共价键竞争，通常尖晶石氧化物催化剂的OER机理是吸附物演化机理。有鉴于此，南京师范大学唐亚文教授、付更涛教授、日本东北大学李昊副教授等发展了新颖的稀土取代策略，将尖晶石催化剂的OER机理转变为晶格氧的氧化还原机理，因此绕过了吸附物演化机理的局限性。要点1. 在NiCo2O4电催化剂中，Ce掺入尖晶石的八面体位点能够形成Ce-O-M (M=Ni, Co)结构，因此导致电荷重新分布。发展的Ce-NiCo2O4在低过电势表现了优异OER活性，令人满意的稳定性，能够作为阴离子交换膜电解槽的实用性催化剂。要点2. 理论计算结果说明Ce-NiCo2O4催化剂表面OER反应机理更倾向于晶格氧机理和异步质子-电子转移（与NiCo2O4对比）。要点3. 通过改变pH电催化以及原位Raman光谱表征验证了机理。18O标记的电化学质谱直接说明Ce-NiCo2O4催化剂的晶格氧用于提供生成的氧气。研究发现Ce-O-M结构使得Ce 4f轨道的电子离域导致NiCo2O4催化剂的电荷重新分布，导致[Ce-O-Ni]位点的Ni-O化学键的反键轨道占据，因此实现了晶格氧机理。这项工作为设计高性能尖晶石OER电催化剂提供帮助，而且有助于研究稀土增强晶格氧机理。Xuan Wang, Jinrui Hu, Tingyu Lu, Huiyu Wang, Dongmei Sun, Yawen Tang, Hao Li, Gengtao Fu, Importing Atomic Rare-Earth Sites to Activate Lattice Oxygen of Spinel Oxides for Electrocatalytic Oxygen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415306https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415306原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
