在OER催化反应中,高价态过渡金属产生的晶格氧OER机理是克服传统吸附转化导致OER反应动力学缓慢问题的关键。但是,OER催化反应过程中的晶格氧动态变化对于高价态金属原子的稳定性造成挑战,尤其是在大电流密度电催化反应中。
有鉴于此,华东理工大学杨化桂教授、刘鹏飞副教授、袁海洋副研究员等通过氧plasma轰击策略,在Co-Fe普鲁士蓝类似物中构筑Co-O-Fe催化活性位点,因此能够活化晶格氧,并且同时保证结构稳定。
光谱表征和理论计算结果说明Co-O-Fe桥式结构产生独特的Co-Fe双交换相互作用,促进形成高价态Co作为OER活性位点,而且将Fe稳定在低价态,阻止Fe原子溶解。生成的CoFe-PBA-300催化剂在1000 mA cm-2电流密度的过电势仅为276 mV。
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组装的碱性离子交换膜电解槽在1.76 V就能够达到1 A cm-2电流密度,而且在250 h过程中没有明显的性能衰减。这项研究工作展示了开启晶格氧的氧化还原并且不影响催化剂的结构稳定性,是得到性能优异电解槽的关键。
参考文献
Hao Guan Xu, Chen Zhu, Hao Yang Lin, Ji Kai Liu, Yi Xiao Wu, Huai Qin Fu, Xin Yu Zhang, Fangxin Mao, Hai Yang Yuan, Chenghua Sun, Peng Fei Liu, Huagui Yang, Oxygen Plasma Triggered Co-O-Fe Motif in Prussian Blue Analogue for Efficient and Robust Alkaline Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202415423
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202415423