Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation
9X-cxy 催化開(kāi)天地 2024年10月02日 08:31 福建
研究概述目前，有望通過(guò)提供高度可用的活性位點(diǎn)和介導(dǎo)催化活性/穩(wěn)定性，同時(shí)激活金屬和晶格氧位點(diǎn)以構(gòu)建兼容的多機(jī)制催化，以促進(jìn)析氧反應(yīng)（OER），但是仍然存在重大挑戰(zhàn)。基于此，2024年9月27日，武漢理工大學(xué)木士春教授在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications發(fā)表題為《Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation》的研究論文。在此，作者通過(guò)在OER過(guò)程中完全重構(gòu)NiMoO4·xH2O@Fe,S，合成了Fe和S雙重調(diào)制的NiFe羥基氧化物（R-NiFeOOH@SO4），實(shí)現(xiàn)了兼容的吸附質(zhì)演化機(jī)制和晶格氧氧化機(jī)制，同時(shí)優(yōu)化了金屬/氧位點(diǎn)，并通過(guò)原位光譜/質(zhì)譜和化學(xué)探針進(jìn)行了證實(shí)。進(jìn)一步的理論分析表明，F(xiàn)e在吸附質(zhì)演化機(jī)制下促進(jìn)OER動(dòng)力學(xué)，而S在晶格氧氧化機(jī)制下激發(fā)晶格氧活性，表現(xiàn)為O 2p能帶中心上移、d-d庫(kù)侖作用增強(qiáng)、金屬-氧鍵減弱和中間吸附自由能優(yōu)化。得益于兼容的多機(jī)制，R-NiFeOOH@SO4只需要251±5/291±1mV的過(guò)電位，就能在堿性介質(zhì)中驅(qū)動(dòng)100/500 mA cm-2的電流密度，穩(wěn)定時(shí)間超過(guò)300 h。這項(xiàng)工作有助于理解OER機(jī)制，從而更好地設(shè)計(jì)高性能OER催化劑。
圖文解讀
圖1：R-NiFeOOH@SO4制備示意圖和形貌表征
圖2：催化劑的電催化OER性能
圖3：密度泛函理論（DFT）計(jì)算分析文獻(xiàn)信息
Luo, X., Zhao, H., Tan, X.et al. Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation. Nat. Commun. 15, 8293 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-52682-y.