OER催化劑“表麵重構”：基本概念及進展！表麵重構是指在催化劑或材料表麵發生結構變化的過程。在催化反應中，表麵重構可以導致催化劑的活性和選擇性發生變化，從(cong) 而影響反應的效率和產(chan) 物分布。表麵重構通常發生...
“表麵重構”：基本概念及進展！
表麵重構是指在催化劑或材料表麵發生結構變化的過程。在催化反應中，表麵重構可以導致催化劑的活性和選擇性發生變化，從(cong) 而影響反應的效率和產(chan) 物分布。表麵重構通常發生在高溫、高壓或反應條件下，其中包括吸附、解離、擴散和重新組合等過程。這些過程可以導致表麵原子重新排列，形成新的晶體(ti) 結構或表麵相。表麵重構的機製和過程取決(jue) 於(yu) 催化劑的組成、形貌和反應條件等因素。
表麵重構對催化反應有重要影響：首先，表麵重構可以改變催化劑的活性位點分布和表麵能量，從(cong) 而調控反應的速率和選擇性。其次，表麵重構可以改變催化劑與(yu) 反應物之間的相互作用，影響吸附、解離和擴散等反應步驟的速率和能壘。此外，表麵重構還可以調控催化劑的穩定性和壽命。因此，理解和控製表麵重構對於(yu) 設計高效催化劑和優(you) 化催化反應至關(guan) 重要。通過研究表麵重構的機製和動力學過程，可以揭示催化劑表麵的結構-活性關(guan) 係，並為(wei) 催化劑的設計和合成提供指導。此外，通過調控反應條件和催化劑的組成，可以實現對表麵重構的控製，從(cong) 而優(you) 化催化反應的效率和選擇！
電化學水分解是一種生產(chan) 高純度氫氣的有效途徑。然而，在陽極半反應中，由於(yu) 多步質子/電子耦合，析氧反應(OER)比陰極析氫反應(HER)需要更大的過電位，這阻礙了能量的有效轉化。其中，RuO2和IrO2等貴金屬催化劑能夠顯著降低OER的過電位，但其昂貴的價(jia) 格和稀缺的儲(chu) 量嚴(yan) 重限製了它們(men) 的大規模工業(ye) 應用。
在眾(zhong) 多貴金屬催化劑替代品中，過渡金屬基電催化劑由於(yu) 其價(jia) 廉、儲(chu) 量豐(feng) 富等優(you) 點而得到了廣泛的研究。其中，過渡金屬氟化物中的F具有很大的電負性，可以將金屬中心的價(jia) 態推向非常高，這有助於(yu) 輔助催化劑表麵重構、形成非晶結構等。因此，氟化物可能是OER的有效催化劑，但目前文獻中很少有關(guan) 其的報道。
近日，武漢大學趙蘋蘋和程功臻等設計並製備了一種結晶性良好的NiCo雙金屬氟化物(Ni0.42Co0.58F2-G)，並研究了其在電化學過程中的重構現象。具體(ti) 而言，研究人員首先采用固液交換法合成了具有較大比表麵積的NiCo基納米陣列A-Ni-MeIM-Co-0.01前體(ti) ，再通過一步氣相氟化法將其轉化為(wei) 具有較高電化學活性表麵積的NiCo雙金屬氟化物Ni0.42Co0.58F2-G。
與(yu) 傳(chuan) 統的液相合成方法相比，氣相氟化法生產(chan) 的氟化物具有更高的結晶度；同時，雙金屬中心電子結構的調控在電化學過程中促進了高效的表麵重構以及重構過程中F的遷移導致更多電化學活性位點的暴露。這不僅(jin) 使Ni0.42Co0.58F2-G具有優(you) 異的電化學性能，而且保證了其電化學穩定性。
電化學性能測試結果顯示，所製備的Ni0.42Co0.58F2-G催化劑在10 mA cm−2電流密度下的OER過電位僅(jin) 為(wei) 313 mV，Tafel斜率為(wei) 42.5 mV dec−1；並且，該催化劑在10000次CV循環後活性仍保持穩定，表明其具有優(you) 異的穩定性。
此外，理論計算表明，雙金屬中心的構建可以誘導電荷重新分布並產(chan) 生更高價(jia) 金屬位點，從(cong) 而優(you) 化關(guan) 鍵反應中間體(ti) 的吸附，降低反應能壘，顯著提高OER活性。綜上，該項工作詳細研究了F和雙金屬中心在提升催化劑OER活性中的作用，這對於(yu) 設計和製備高效的電化學表麵重構電催化劑具有一定的指導意義(yi) 。
