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武漢理工木士春Nat.Commun.: Fe-S雙調制吸附質演化與晶格氧的OER機理

大碗 催化進展 2024年10月02日 12:01 河南

第一作者: Xu Luo

通訊作者:木士春

通訊單位:武漢理工大學

研究背景與內容

同時激活金屬和晶格氧位點,通過提供高可用性的活性位點和介導催化活性/穩定性來構建兼容的多機制催化劑,有望用于析氧反應(OER),但仍存在重大挑戰。

本文通過對NiMoO4·xH2O@Fe,S在OER過程中的完全重構,構建了Fe和S雙調制的NiFe氫氧化物(R-NiFeOOH@SO4),并通過原位光譜/質譜和化學探針證實了金屬/氧位點同時優化的吸附物演化機制和晶格氧氧化機制的相容性。

研究要點

要點1. 本研究采用水合物NiMoO4作為預催化劑,化學刻蝕法引入Fe和S作為調制劑,在電化學活化過程中誘導出豐富的結構缺陷,促進其完全重構為R-NiFeOOH@SO4活性。表征證據表明,陽極活化觸發了金屬和晶格氧位的氧化還原,并涉及氧空位的形成和再填充。

要點2.密度泛函理論(DFT)計算表明,引入Fe作為AEM途徑的活性位點,優化了OER中間吸附,而引入S顯著刺激了晶格氧活性,增加了OER的LOM途徑占用率。通過Fe和S的調節,R-NiFeOOH@SO4體系實現了AEM和LOM途徑的協同催化,最大限度地利用了表面金屬和氧活性位點,提高了OER催化活性。

圖1:催化劑的制備及結構。

3:催化劑的電催化OER性能。

參考文獻:Xu Luo, Hongyu Zhao, Xin Tan. et al. Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation. Nature Communications. (2024).

文獻鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41467-024-52682-y


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