電催化水分解產(chǎn)氫是一種能夠有效緩解全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的有效方法。然而，析氧反應(yīng)(OER)緩慢的動(dòng)力學(xué)嚴(yán)重阻礙析氫半反應(yīng)的進(jìn)行，因此需要設(shè)計(jì)并制備出高效的OER電催化劑。
活性中心的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)對(duì)合理設(shè)計(jì)電催化析氧反應(yīng)(OER)催化劑具有重要作用。然而，在堿性水電解過程中，由于催化劑表面進(jìn)行了重構(gòu)，對(duì)活性位點(diǎn)的精確識(shí)別仍存在很大的難度。近日，大連理工大學(xué)侯軍剛和高峻峰等采用多金屬氫氧化物CoFeCuOOH作為表面模型催化劑，通過一系列研究明確地確定了CoFeCuOOH催化劑的結(jié)構(gòu)和性能之間的深入相關(guān)性。在1.0 M KOH溶液中，由Cu2S/CoFe LDH衍生的Cu2S/CoFeCuOOH表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化OER性能。其在10和100 mA cm-2電流密度下的過電位分別為170和268 mV，Tafel斜率為41 mV dec-1，遠(yuǎn)低于RuO2。此外，Cu2S/CoFeCuOOH還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其在1.5 VRHE的恒定電位下連續(xù)運(yùn)行100 h后，電流密度沒有發(fā)生明顯下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，源自Cu2S/CoFeCuOOH的CoFeCuO2活性物種具有特殊的電子結(jié)構(gòu)，在重建的同時(shí)，完成了在原子水平上的活性位點(diǎn)向氧位點(diǎn)的轉(zhuǎn)化(通過原位18O同位素標(biāo)記DEMS對(duì)CoFeCuOOH的真實(shí)活性位點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，提出了晶格氧的氧空位位點(diǎn)機(jī)制)。反應(yīng)途徑的轉(zhuǎn)化有助于增強(qiáng)OER的性能，并且由于氧位點(diǎn)上的OER在很大程度上不受質(zhì)子-電子協(xié)同轉(zhuǎn)移的限制，打破了傳統(tǒng)AEM途徑的熱力學(xué)限制，因此Cu2S/CoFeCuOOH表現(xiàn)出良好的內(nèi)在活性。簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)工作為在原子水平上的催化活性位點(diǎn)的鑒定提供了深入的見解，并為高性能OER電催化劑的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。Identification of the Origin for Reconstructed Active Sites on Oxyhydroxide for Oxygen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202209307
