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彭生杰课题组Sci. Bull.：不对称配位诱导电子再分布，实现高电流密度电催化水氧化

时间：2023-06-18 来源： 浏览：

彭生杰课题组Sci. Bull.：不对称配位诱导电子再分布，实现高电流密度电催化水氧化

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析氧反应(OER)是水分解制氢的限制性反应，是电催化领域的一个重要研究方向。根据先前的报道，OER活性与催化剂d带结构和电子填充密切相关。d轨道之间的电荷相互作用与中心原子配合物结构的变化密不可分，因此活性位配位的电子结构调控是提高电催化析氧反应(OER)活性的有效策略。
基于此， 南京航空航天大学彭生杰 课题组通过对晶体和电子结构分析，深入了解了OER活性位点的晶格应变和配合物结构不对称性之间的关系。
具体而言，研究人员采用自取代的方法将Ni 2+ 离子引入到泡沫镍(NF)表面的FeWO 4 晶格中，钨酸盐中的Fe-O-Ni单元诱导了晶格应变和非对称FeO 6 中心的形成，从而控制了Fe 3d轨道的电子填充和d带中心，这优化了羟基的吸附能；同时，Fe中心的电子结构与FeO 6 正八面体对称性密切相关。
这些因素优化了所制备Fe 0.53 Ni 0.47 WO 4 催化剂中不对称Fe位与羟基之间的结合，促进了Fe 0.53 Ni 0.47 WO 4 外表面羟基的形成。并且，Fe 0.53 Ni 0.47 WO 4 表面Ni-FeOOH层中的Fe位继承了非对称结构，进而表现出较低的OER过电位。
因此，Fe 0.53 Ni 0.47 WO 4 催化剂具有优异的电化学性能，其在500和1000 mA cm −2 电流密度下的OER过电位分别为223和240 mV，Tafel斜率仅为35 mV dec −1 ；该催化剂还具有优异的稳定性，在1000 mA cm −2 电流密度下连续运行500小时后，活性仍保留初始值的98.57%，并且反应后其阻抗没有发生增加，以及反应后材料的形貌没有发生明显变化。
综上，该项工作为电催化剂的结构-活性关系分析提供了新的视角，为高活性催化体系的设计提供了新策略。
Manipulating Electron Redistribution Induced by Asymmetric Coordination for Electrocatalytic Water Oxidation at A High Current Density. Science Bulletin, 2023. DOI: 10.1016/j.scib.2023.06.001
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