电催化水氧化催化剂机制

析氧反应(OER)是电催化水分解制氢过程中的限速步骤。钙钛矿氧化物作为一种极具潜力的OER催化剂，其在原位阳极氧化电位下往往会发生动态表面重构，增加真实电化学活性面积，形成反应活性位。与此同时，原位析出，作为一种高效的“金属-氧化物”催化表界面构筑策略，可以高效地构建高分散、高稳定的催化活性位点，但目前关于该材料设计策略如何影响OER催化剂的真实催化活性表面积等关键问题，尚未见详细报道。

能效工程与能源装备研究所孙毅飞团队联合英国利物浦大学屠昕团队通过精细调控材料缺陷结构和原位析出条件，将Ir均匀掺杂的钴酸盐前驱体在非电化学原位条件下重构为Ir/CoO/钙钛矿异质结(SCI-350)，并同时实现了电化学表面积指数增大：从3.3 mF cm^-2增加到175.5 mF cm²。SCI-350电催化剂在1M KOH溶液中具有较低的过电位240 mV (在10 mA cm^-2的电流密度下)和较快的OER反应动力学。此外，SCI-350电催化剂在500 mA cm^-2的零间隙碱性电解池电流密度下表现出150 h的长期稳定性。 结合密度泛函理论计算(DFT)，X射线谱学和¹⁸O同位素标记实验，研究者证实了SCI-350具有较快的氧交换动力学和强化金属-氧共价性。该特质共同诱导晶格氧氧化的OER反应机制。这项工作为开发实用高效的水氧化催化剂或其他涉及金属和晶格氧的多相催化提供了新的思路。

该工作发表在国际催化期刊《ACS Catalysis》，论文第一作者为我院2020级硕士生郭鸿权和电子科技大学联合培养博士后杨艳玲，英国利物浦大学屠昕和我院孙毅飞副教授为通讯作者。

论文原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05684

图/文 能效工程与能源装备研究所