催化剂活性位点的动态重建对于金属氧化物催化的析氧反应(OER)尤为重要。然而,缺陷诱导重建提高OER活性的机制尚不明确。近日,天津大学邹吉军、潘伦使用具有Co或O空位的Co3O4来揭示重建过程中不同缺陷的影响以及与碱性OER相关的活性基序。
本文要点:
1) 结合原位表征和理论计算,作者发现钴氧化物转化为无定形[Co(OH)6]中间态,然后*OH吸附和脱质子化的失配速率导致不可逆的催化剂重建。O缺陷引起的更强的*OH吸附和较弱的去质子化,并为催化剂重建提供了驱动力,而Co缺陷有利于脱氢并降低重建率。
2) O和Co缺陷都会在重建的催化剂中触发高OER活性的桥Co位点,其中Co缺陷在压缩晶格应力下产生短的Co–Co距离(3.38Å),并具有最佳的OER活性(η10为262 mV),这优于重建的氧缺陷Co3O4-VO(η10=300 mV)和无缺陷Co3O4(η10 320 mV)催化剂。该工作表明,工程缺陷依赖性重建为能源相关应用中电催化剂的设计提供一条合理路线。
Rongrong Zhang et.al Tracking the Role of Defect Types in Co3O4 Structural Evolution and Active Motifs during Oxygen Evolution Reaction JACS 2023
DOI: 10.1021/jacs.2c10515
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10515