提高质子的传输速度是提高半导体光电极水氧化反应动力学的关键，有鉴于此，中国科学院化学所章宇超等研究五种典型光电极（α-Fe₂O₃, BiVO₄, TiO₂, plasmonic Au/TiO₂, (Ni_1–xFe_xOOH)/Si）的水氧化反应的质子耦合电子转移（PCET），发现通过调节PCET能够显著提供半导体光催化剂的水氧化反应动力学。

主要内容

（1）

通过H/D动力学同位素效应研究和原位光谱表征方法研究H₂O分子的反应速率，分析H₂O分子的反应速率结果发现几种光电极材料都表现未曾预料的半阶反应动力学。这种半阶动力学说明催化反应过程遵循逐步的质子-电子转移，这个问题导致缓慢的水氧化反应。

研究发现修饰Ni_1–xFe_xOOH电催化剂能够打破这种缓慢的反应动力学，使得水氧化反应表现正常的一阶反应动力学，而且观测发现更显著的H/D动力学同位素效应，将水氧化反应的TOF提供一个数量级。

（2）

这项研究首次发现Ni_1–xFe_xOOH具有调节PCET的功能，反应速率分析结果说明，调节PCET动力学是改善半导体表面水氧化反应的重要方法。

参考文献

Siqin Liu, Lei Wu, Daojian Tang, Jing Xue, Kun Dang, Hanbin He, Shuming Bai, Hongwei Ji, Chuncheng Chen, Yuchao Zhang*, and Jincai Zhao, Transition from Sequential to Concerted Proton-Coupled Electron Transfer of Water Oxidation on Semiconductor Photoanodes, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c09410

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09410