電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置在解決能源危機(jī)和環(huán)境惡化等全球性挑戰(zhàn)中展現(xiàn)出極大的應(yīng)用前景，而設(shè)計(jì)開發(fā)適應(yīng)于不同反應(yīng)體系的高效、經(jīng)濟(jì)電催化劑更是其中不可或缺的一環(huán)。過渡金屬與p區(qū)元素形成的化合物由于其獨(dú)特的理化性質(zhì)，已在各種電催化反應(yīng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而p區(qū)元素在電催化過程中的具體作用機(jī)制仍存在爭議，特別是其對(duì)于重要反應(yīng)中間體及界面結(jié)構(gòu)的共同調(diào)控仍需深入研究。 近日，武漢大學(xué)的羅威教授團(tuán)隊(duì)以具有不同配位環(huán)境的系列釕基磷化物為研究對(duì)象，探究其在堿性氫氧化反應(yīng)(HOR)中的催化行為，揭示了磷物種通過調(diào)控重要反應(yīng)中間體吸附能及界面水結(jié)構(gòu)以影響催化活性的作用機(jī)制。
電化學(xué)測試表明Ru2P催化劑因其適宜的Ru-P配位結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出最為優(yōu)異的催化活性及穩(wěn)定性。并且磷含量與堿性HOR本征活性之間呈現(xiàn)火山形關(guān)系，其具體順序?yàn)镽u2P > RuP > Ru > RuP2。該規(guī)律與四種催化劑羥基物種吸附能及界面強(qiáng)氫鍵水含量的變化順序一致，表明羥基吸附物種及界面水環(huán)境的差異是影響釕基磷化物HOR性能的關(guān)鍵因素。 同時(shí)密度泛函理論模擬計(jì)算進(jìn)一步闡明催化劑活性變化的來源。磷物種可有效調(diào)控金屬的d電子結(jié)構(gòu)，并影響活性中心與吸附羥基物種的軌道重疊程度。因此適中磷含量帶來的上述電子效應(yīng)利于吸附位點(diǎn)的優(yōu)化，從而增強(qiáng)與羥基中間體的相互作用并改善界面水環(huán)境，最終使堿性HOR性能顯著提升。 本研究工作揭示了磷物種通過優(yōu)化羥基吸附能、調(diào)控界面強(qiáng)氫鍵水含量，促進(jìn)質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過程，進(jìn)而提升電催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的重要作用機(jī)制，為新型高效p區(qū)元素催化劑的設(shè)計(jì)拓寬思路。 論文信息 The Role of Phosphorus on Alkaline Hydrogen Oxidation Electrocatalysis for Ruthenium Phosphides Yiming Jin, Xinran Fan, Wenjing Cheng, Yuheng Zhou, Prof.?Dr. Li Xiao, Prof.?Dr. Wei Luo 文章的第一作者是武漢大學(xué)博士研究生靳一鳴 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202406888
