传统化石燃料的大量消耗引发了可持续和环境友好型能源技术的快速发展。其中，通过电催化水分解生产绿色氢气是一种缓解能源和环境问题的有效策略。然而，由于涉及四质子耦合电子转移和高能垒的O−O键形成，OER动力学缓慢，严重限制了水分解的能量转换效率，因此有必要设计高效的OER催化剂。RuO2和IrO2由于与氧中间体的最佳结合强度而被认为是OER的基准催化剂。
然而，贵金属的高成本和稀缺性严重限制了它们的广泛应用。因此，合理设计和开发低成本、高活性和稳定性的非贵金属基电催化剂对于推动水分解技术的进一步发展具有重要意义。
近日，南京师范大学付更涛、唐亚文和日本东北大学李昊等以NiCo2O4尖晶石氧化物为平台，提出了一种Ce取代策略来调整NiCo2O4的晶格氧氧化还原，并解释了Ce诱导的晶格氧氧化还原的化学和结构起源。
实验结果表明，Ce-NiCo2O4催化剂中的Ce原子倾向于取代八面体Ni位点。与纯NiCo2O4相比，所得的Ce-NiCo2O4具有优越的电催化性能，在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为270 mV，并且在经过5000次CV循环后反应活性基本保持不变。此外，基于Ce-NiCo2O4的阴离子交换膜水电解槽也显示出较大的电流密度，突出了Ce-NiCo2O4在水分解技术中的应用潜力。
密度泛函理论(DFT)计算表明，与NiCo2O4相比，Ce-NiCo2O4的非协同质子/电子转移质子释放更有利于将带电含氧物质暴露在Ce-NiCo2O4表面，从而促进更有利的LOM途径。
原位拉曼光谱表明，在高于1.7 VRHE时Ce-NiCo2O4的表面状态发生重建，与表面Pourbaix图中从0.5 ML *OH到0.75 ML *OH的水分解的临界点一致。此外，18O标记的差分电化学质谱(DEMS)显示出34O2 (18O16O)和36O2 (18O16O)的信号强度增强，证实了Ce-NiCo2O4上LOM路径的增强。Ce-NiCo2O4上良好的晶格氧氧化还原行为归因于的嗜氧Ce位点对配位晶格氧的电子自捐赠能力，有利于[Ce-O-Ni]单元中Ni-O键反键态的占据，从而导致Ce-NiCo2O4晶格氧的释放和有利的LOM路径。
综上，这项工作为设计高活性尖晶石氧化物提供了一个新的思路，并为稀土增强的LOM机制提供了重要的见解。
Importing atomic rare-earth sites to activate lattice oxygen of spinel oxides for electrocatalytic oxygen evolution. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202415306
