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氧还原反应(ORR)电催化剂的优化设计决定了能量转换技术的工作效率。Pt基材料是ORR的基准催化剂，但低丰度、高成本和耐久性差阻碍了其大规模的商业应用。由于成本低和储量丰富，d区材料是贵金属Pt的有效替代品。然而，d区材料通常对苛刻的电解质表现出缓慢的ORR动力学和微弱的抗溶解性，这需要开发有效的策略来提高其活性和稳定性，以实现d区材料在能源技术中的实际应用。
近日，
南京师范大学付更涛
、
王彧
和
福州大学卢雪峰
等开发了一种有效的固定在N掺杂碳上的稀土基电催化剂Co@Tb
2
O
3
(Co@Tb
2
O
3
/NC)用于在碱性条件下催化ORR。其中，Co物种通过与Tb
2
O
3
的表面晶格O原子配位被锚定在催化剂表面，并且在反应过程中Co物种在Tb
2
O
3
表面经历了原子分散和纳米团簇的形成。
实验结果表明，所制备的Co@Tb
2
O
3
/NC的起始电位和半波电位分别为1.02和0.85 V
RHE
，超过了商业Pt/C和文献报道的许多Co基催化剂。
密度泛函理论(DFT)计算揭示了Co 3d-O 2p-Tb 4f梯度轨道耦合导致了Co位点氧吸附过程中σ/π键类型的混合。由于Co 3d在费米能级(E
F
)以下的窄带行为和适当的能带位置，可调的反键σ*/π*占用有助于在ORR电位下[Co-O-Tb]单元位点与氧中间体之间的灵活结合，*OOH和*OH之间的比例关系被打破，从而导致ORR性能的内在增强。
综上，该项工作不仅开发了一种高效的稀土基ORR催化剂，而且通过构建一个局部的TM-O-RE单元站点，强调了电子调制在提高催化活性中的重要作用。
Terbium-induced Cobalt Valence-band Narrowing Boosts Electrocatalytic Oxygen Reduction. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D3EE02503A
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