Advanced Functional Materials:重构型水氧化催化剂:表面动力学与本征活性

利用可再生能源,将水、二氧化碳、氮气等丰富的小分子高效地电还原成燃料和化工原料等是实现节能减排的一个有效途径。但目前这些电化学系统面临一个共同问题—水氧化缓慢的反应动力学,这导致了整体系统的低能量转化效率。为了解决这个问题,科学家正致力于寻找高效低价的水氧化催化剂来促进该反应的进行。

最近,许多研究发现水氧化催化剂在电化学过程中组分、形貌、结构等都会发生变化(即重构),这无疑加大了催化机理研究的难度。研究重构现象,有助于我们了解水氧化反应时真正的催化中心,进而阐明催化机理,从而更有效的指导新型催化剂的开发。有鉴于此,华中科技大学能量转换与存储材料化学教育部重点实验室、化学与化工学院游波教授联合成均馆大学Pil J. Yoo教授总结了近年来重构型水氧化催化剂的研究进展,重点考察了重构催化剂表面动力学与本征活性的关系。

文章亮点

1)回顾了电催化水氧化反应的两类机理,即吸附氧(AEM)和晶格氧参与(LOM)机理,总结了催化剂电子结构与两种反应机理之间的内在联系。

2)总结了水氧化催化剂的重构现象及相关的物化、光谱以及电化学等表征手段

3)归纳了水氧化催化剂的四种重构类型:组分溶解;外来离子参与;原位电化学氧化;阴离子调控

4)最后,作者对该领域的发展趋势进行了总结和展望。

相关论文Reconstructed Water Oxidation Electrocatalysts: The Impact of Surface Dynamics on Intrinsic Activities发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202008190)上,成均馆大学博士后N. C. S. Selvam和华中科技大学硕士生杜礼杰为共同第一作者,Pil J. Yoo教授和游波教授为通讯作者。论文得到了华中科技大学启动基金和学术前沿青年团队项目的大力支持。