澳門大學潘暉教授團隊及合作者在ChemSusChem期刊發(fā)文，報道了一種基于試驗設計的新型硼化物M4B6X6 (M = Cr, Mo, W; X = O, F)。作者通過DFT理論計算，預測了M4B6X6多樣的結構和電學性質，并研究了表面重構前后的OER反應過程，豐富了催化劑的制備策略以及加深了對催化機理的認知。
電解水可以高效生產綠色能源氫氣，可以用于應對當前的全球能源與環(huán)境危機，因而被廣泛研究。然而在陽極發(fā)生的析氧反應 (OER)反應過程緩慢，嚴重影響反應速率。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，析氧反應中催化劑表面的活性位點起著關鍵作用，決定了反應速率和動力學過程。有關表面重構的報道層出不窮，但有關表面重構對反應過程的影響的理論研究依然不足，導致研究者對機理的認識依然不夠清晰。 基于最近Johanna等人的實驗報道，澳門大學應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算構建了硼化物M4B6X6結構。結果表明，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-釋放機制(AEM)下，催化劑表面在吸附OH-的過程中會發(fā)生重構，M離子會突出表面產生自旋極化，導致結構轉變?yōu)閚型半導體，更有利于電荷轉移與OH-的吸附。另外，M4B6F6沒有OER性能，但當表面的一個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，并可以發(fā)生共10步、釋放兩分子氧氣的OER反應。該研究基于新材料研究了OER過程中催化劑表面重構如何影響催化性能，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
