Angew:稀土元素掺杂激活尖晶石的晶格氧电催化OER
南师大Angew:稀土元素掺杂激活尖晶石的晶格氧电催化OER
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。
本文要点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**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。
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)。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。
参考文献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.202415306
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415306