近日，中国科学院高能物理研究所科研团队在电解水析氧反应（OER）催化机理研究方面取得重要进展。他们通过配位工程选择性激活晶格氧位点，实现了OER反应活性和稳定性的显著提升，相关工作以“Selective Activation of Lattice Oxygen site Through Coordination Engineering to Boost the Activity and stability of Oxygen Evolution Reaction”为题于2024年6月15日在线发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。
图 Ru和Zn共掺杂提升OER活性和稳定性示意图
该研究工作提出了一种选择性激活Ru位点周围晶格氧的有效策略，通过配位工程合成了Ru和Zn共掺杂Co3O4的尖晶石型电催化剂，在10 mA cm-2下显示出172 mV的超低过电势，并且在10 mA cm-2下对碱性OER显示100小时的长期稳定性。原位XAFS和DEMS揭示了其在OER过程中晶格氧的参与受到抑制。DFT模拟表明，晶格氧 p能带中心上移与Ru d带有更强的重叠，进一步降低了OER的反应能垒，同时也增强了Ru的结构稳定性。因此，通过配位工程选择性激活晶格氧位，可以为晶格氧介导的OER电催化剂的合理设计提供新的途径。
中国科学院高能物理研究所博士研究生张贵凯为论文第一作者，储胜启副研究员、董俊才特聘青年研究员、张静研究员为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学重点项目、国家重点研发计划、中国科学院青促会优秀会员、中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目等多个项目的支持。
该工作依托北京同步辐射装置1W1B-X射线吸收谱学实验站完成，实验站自主发展的电化学原位池和原位XAFS测试方法为电催化剂的构效关系研究提供了重要的实验支持。近年来，实验站工作人员发展了多种电化学原位表征装置和测量方法，包括时间分辨QXAFS方法、各种电化学原位池、电化学原位XAFS方法、XAFS-XRD联用装置等等，为广大的电化学研究用户提供了不可或缺的原位XAFS表征手段。
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