析氧反應(yīng)(OER)是電化學(xué)燃料或化學(xué)品生產(chǎn)的關(guān)鍵半反應(yīng)，它涉及四個(gè)電子和四個(gè)質(zhì)子同時(shí)轉(zhuǎn)移，通常具有非常緩慢的動(dòng)力學(xué)，這限制了電化學(xué)轉(zhuǎn)化的整體效率。為了克服上述問題，研究人員除了在開發(fā)高效電催化劑方面做出的重大努力外，設(shè)計(jì)電極-電解質(zhì)界面也是提高電催化效率的一條有希望的途徑。
近日，復(fù)旦大學(xué)龔鳴和華東理工大學(xué)練成等發(fā)現(xiàn)分級(jí)陰離子、硼酸鹽和氟化物的協(xié)同作用，可協(xié)同促進(jìn)中性條件下的電催化水氧化。
在陽極電位下，硼酸根陰離子傾向于駐留在更靠近催化劑表面的內(nèi)亥姆霍茲層中，而氟化物陰離子則位于更遠(yuǎn)的外部。更多的陽極電位不會(huì)改變離子的排列，但會(huì)逐漸將氟化物陰離子移向電極-電解質(zhì)界面；而分級(jí)陰離子可以大大提高水氧化的電催化活性(特別是在電沉積的Co(OH)2電極)。
相對(duì)于單個(gè)對(duì)應(yīng)物，在1.40 VRHE時(shí)催化劑的電流密度數(shù)值分別增加9.49倍、7.24倍和4.04倍。這種協(xié)同作用可能導(dǎo)致兩個(gè)動(dòng)力學(xué)區(qū)域：一個(gè)是硼酸鹽主導(dǎo)區(qū)域，通過促進(jìn)局部PCET促進(jìn)水氧化開始；另一個(gè)是硼酸鹽陰離子促進(jìn)的氟化物主導(dǎo)區(qū)域，通過大大提高交換電流維持更高的電流密度。
這種協(xié)同的電解質(zhì)最終可以在中性pH值下實(shí)現(xiàn)高效的水氧化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在1.651 VRHE和1.791 VRHE下的10 mA cm-2和100 mA cm-2的高電流密度和以及在100 mA cm-2下~336小時(shí)的出色耐用性，為中性條件下的高效電解應(yīng)用提供了新的可能性。
Hierarchical Anions at The Electrode-Electrolyte Interface for Synergized Neutral Water Oxidation. Chem, 2022. DOI: 10.1016/j.chempr.2022.06.012
