Nature子刊:剖幽析微!揭示Ni基LDH上析氧反应机理的电位依赖性转变 2023年10月1日 上午12:31 • 头条, 百家, 顶刊 • 阅读 136 析氧反应(OER)是一种在可持续能源和环境工程领域中重要的阳极半反应。然而,OER缓慢的动力学阻碍了其应用,因此,人们已经作出了巨大的努力来研究OER的机制,这是合理设计用于实际应用的高性能OER电催化剂的关键。尽管Ni基LDH催化剂具有优异的OER性能,但其OER机理尚不清楚。 理论计算在原子层面在阐明OER的反应机理方面起着至关重要的作用。然而,吸附质演化机理(AEM)、分子内氧偶联(IMOC)和晶格氧机制(LOM),实际上是具有竞争动力学(并且动力学对电位具有依赖性)的复杂反应网络的三种理想化。先前有关OER的理论研究比较了AEM和LOM之间的动力学,但迄今为止,还没有理论研究对Ni基LDH催化OER的整个耦合反应网络进行详细的动力学和应用电位分析。 基于此,清华大学肖海课题组结合巨正则方法和微观动力学模型,研究了M掺杂Ni基LDH(Ni(M)OOH,M=Ni、Co和Fe)催化OER的AEM、IMOC和LOM机理组成的耦合反应网络中竞争动力学和电位之间的相互作用。 结果表明,随着外加电位的增加,Ni(M)OOH从LOM向AEM转变并逐渐占主导地位。在NiOOH和Ni(Co)OOH的过渡区,LOM和IMOCb的贡献较小,这是由于LOM(特别是LOMa)在低η0时由于最低的ΔΩPLS和O−O耦合势垒而首先进行,但是随着η0的增加,AEM最终由于其最快的动力学和最低的O−O耦合势垒以及它的负η0系数而接管LOM。 因此,耦合反应网络中外加电位与竞争动力学之间的相互作用是LDH催化氧化过程中反应机理转变的关键。 基于上述结果,可以看出LOM机制发生在所有Ni基LDHs上,虽然LOM机理可以有助于提升OER活性,但它消耗晶格氧,这可能导致随后的催化剂溶解,从而降低催化剂的稳定性。上述研究结果发现,将Fe引入到Ni基LDH可以抑制LOM机制并促进了AEM,提高了催化剂的活性和稳定性。因此,其可以作为提高活性和稳定性的最佳策略来促进AEM机制。 此外,研究还发现,Fe掺杂可以抑制晶格氧的自由基特性,这可能是由于金属−O键的离子性增强所致,这可能是抑制LOM以提高稳定性的另一种策略。综上,该项工作建立了一个有效的计算方法来进行准确的预测和阐明OER的电位依赖机制,这为精确设计高效的OER催化剂提供了理论基础。 Potential-dependent Transition of Reaction Mechanisms for Oxygen Evolution on Layered Double Hydroxides. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-40011-8 原创文章,作者:Gloria,如若转载,请注明来源华算科技,注明出处:https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/01/3dc1a9ae9a/ 催化 赞 (0) 0 生成海报 相关推荐 李小鹏/刘智攀/姜政等Nature Catalysis:酸性电解水催化剂突破! 2023年10月16日 中科大宋礼/陈双明ACS Nano:超稳定锌金属负极,全电池寿命超3300圈! 2023年10月10日 朱敏/胡仁宗/吴顺情AM: Mo/SnO2/Mo电极,700次循环无衰减! 2023年10月15日 JACS:构建Ni阳离子催化剂,实现高效稳定甲烷干重整 2023年11月27日 ACS Energy Letters:控制生长+缺陷工程,助力垂直PtSe2纳米片高效电催化HER 2022年10月21日 上海理工郑时有ACS Nano:富锂共轭硫聚合物正极促进锂硫电池反应动力学 2023年10月13日