可再生電力驅(qū)動(dòng)的電化學(xué)水分解技術(shù)為可持續(xù)利用水資源生產(chǎn)清潔氫燃料提供了一種理想的策略。然而，水電解過(guò)程中的析氧反應(yīng)(OER)過(guò)電位過(guò)高成為大規(guī)模制氫的瓶頸。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定的OER催化劑來(lái)克服這一挑戰(zhàn)。對(duì)于OER，d帶中心與吸附態(tài)和金屬d態(tài)之間的相互作用能密切相關(guān)，從而決定了OER的動(dòng)力學(xué)。應(yīng)變工程在通過(guò)晶體中的壓應(yīng)變或拉應(yīng)變來(lái)優(yōu)化過(guò)渡金屬基催化劑的d帶中心方面特別有效。為了促進(jìn)應(yīng)變工程在OER中的應(yīng)用，迫切需要找到一種簡(jiǎn)單的方法在材料中產(chǎn)生可變應(yīng)變。
熱能可以很容易地利用和調(diào)節(jié)產(chǎn)生各種熱物理效應(yīng)。特別是，起源于橋原子橫向振動(dòng)引起微結(jié)構(gòu)變形的各向異性熱膨脹，可能產(chǎn)生應(yīng)變。因此，可以利用熱膨脹效應(yīng)作為一種方便的途徑來(lái)產(chǎn)生不同的應(yīng)變?cè)贠ER催化劑。基于此，南京大學(xué)閆世成課題組通過(guò)加熱Sr2IrO4各向異性熱膨脹材料以產(chǎn)生熱應(yīng)變，以驗(yàn)證這一想法在調(diào)節(jié)材料的電子狀態(tài)的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在熱刺激下，Sr2IrO4催化劑中的IrO6八面體會(huì)產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，從而使d帶中心下移。因此，OER中間體與Ir活性物種之間的結(jié)合強(qiáng)度被優(yōu)化以降低催化反應(yīng)能壘，從而按照非線性Arrhenius關(guān)系加速OER動(dòng)力學(xué)。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，從20 °C加熱到90 °C，Sr2IrO4達(dá)到10 mA cm?2電流密度所需的電位從1.55 V降低到1.40 V?？紤]到OER熱力學(xué)勢(shì)的溫度依賴性，過(guò)電位從312 mV降低到235 mV，Tafel斜率從90.32 mV dec?1下降到45.14 mV dec?1，大大加速了OER動(dòng)力學(xué)。總的來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)研究結(jié)果表明，熱刺激產(chǎn)生壓應(yīng)變是調(diào)控具有各向異性熱膨脹的Sr2IrO4電子態(tài)的有效途徑，超越了傳統(tǒng)的熱擴(kuò)散效應(yīng)，顯著提高了OER性能。Continuous strain tuning of oxygen evolution catalysts with anisotropic thermal expansion. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-46216-9
