澳門大學(xué)潘暉教授團(tuán)隊(duì)及合作者在ChemSusChem期刊發(fā)文，報(bào)道了一種基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的新型硼化物M4B6X6 (M = Cr, Mo, W; X = O, F)。作者通過DFT理論計(jì)算，預(yù)測(cè)了M4B6X6多樣的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)，并研究了表面重構(gòu)前后的OER反應(yīng)過程，豐富了催化劑的制備策略以及加深了對(duì)催化機(jī)理的認(rèn)知。
電解水可以高效生產(chǎn)綠色能源氫氣，可以用于應(yīng)對(duì)當(dāng)前的全球能源與環(huán)境危機(jī)，因而被廣泛研究。然而在陽極發(fā)生的析氧反應(yīng) (OER)反應(yīng)過程緩慢，嚴(yán)重影響反應(yīng)速率。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，析氧反應(yīng)中催化劑表面的活性位點(diǎn)起著關(guān)鍵作用，決定了反應(yīng)速率和動(dòng)力學(xué)過程。有關(guān)表面重構(gòu)的報(bào)道層出不窮，但有關(guān)表面重構(gòu)對(duì)反應(yīng)過程的影響的理論研究依然不足，導(dǎo)致研究者對(duì)機(jī)理的認(rèn)識(shí)依然不夠清晰。 基于最近Johanna等人的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，澳門大學(xué)應(yīng)用物理與材料工程研究院的潘暉教授與合作者通過第一性原理計(jì)算構(gòu)建了硼化物M4B6X6結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，11種M4B6X6 (M = Cr, Mo, W; X = O, F)可以在室溫下穩(wěn)定存在。其中氧化物為半導(dǎo)體，表現(xiàn)出優(yōu)異的OER催化能力，其中Cr4B6O6的催化性能和羥基氧化物等優(yōu)異的催化劑相近。研究表明，在吸附-釋放機(jī)制(AEM)下，催化劑表面在吸附OH-的過程中會(huì)發(fā)生重構(gòu)，M離子會(huì)突出表面產(chǎn)生自旋極化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閚型半導(dǎo)體，更有利于電荷轉(zhuǎn)移與OH-的吸附。另外，M4B6F6沒有OER性能，但當(dāng)表面的一個(gè)F離子被替換為O原子之后，在M4B6F5O的表面可以發(fā)生類似于M4B6X6表面的重構(gòu)，并可以發(fā)生共10步、釋放兩分子氧氣的OER反應(yīng)。該研究基于新材料研究了OER過程中催化劑表面重構(gòu)如何影響催化性能，為未來制備高效催化劑的研究提供了新思路。 論文信息 M4B6X6 as a new family of high-efficient electrocatalysts: the role of surface reconstruction in water oxidization Haoyun Bai, Shiying Shen, Feifei Li, Jiazhong Geng, Wenlin Feng, Hongchao Liu*, Weng Fai Ip, Yunhao Lu, and Hui Pan* ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200280
