Advanced Materials：氧作为活性中心在电解水产氧中的催化机理

电解制氢是一种有效的能量储存技术，其被广泛得用于储存风能、太阳能等间歇性能源。电解制氢技术包括两个电极反应，分别为发生在阴极的析氢反应（HER）和发生在阳极的析氧反应（OER）。与 HER 相比，OER是需要更高的过电势，这源于其缓慢的四电子-质子转移过程。为了获取高效的OER催化性能，必须实现催化剂与含氧中间产物之间实现快速的电子转移，这一特性与催化剂在费米能级附近的电子态密切相关。根据催化剂在费米能级电子态的种类，OER存在两种电子转移路径。第一种是，当费米能级附近的电子态为金属时，金属作为氧化还原中心的吸附氧化机理(AEM)。第二种是，费米能级附近电子态为氧时，晶格氧为氧化还原中心的晶格氧氧化机理(LOM)。由于LOM路径中氧-氧结合步骤非常容易，而这步通常是AEM中的速率决速步骤，因此LOM催化剂理论上具有比AEM催化剂更优异的性能，在近些年受到科研工作者的广泛关注。但是截至目前，大多数研究者对LOM的机理仍存在疑惑。

基于此，新加坡科技研究局席识博研究员（共同通讯作者），新加坡国立大学Wee Siang Vincent Lee研究员（共同通讯作者），和新加坡国立大学薛军民教授（通讯作者）等人报道了氧作为活性中心在电解水产氧催化机理中的研究进展。

在文中，作者首先介绍了LOM的发展历史，详细讨论了AEM和LOM的电子传输路径。接着，针对LOM每一步的电子传输路径，总结了相对应的表征技术。然后，作者从钙钛矿氧化物，尖晶石氧化物，过渡金属氢氧化物，以及LOM在酸性OER中的研究出发，全面综述了LOM催化剂的最新研究进展。最后，作者提出了对设计高效稳定LOM催化剂的展望和策略。

尽管理论上基于LOM的催化剂可以表现出比AEM的催化剂更大的性能优势，实际报道的LOM催化剂却难以实现远超AEM催化剂的优异性能。为了实现高性能的LOM催化剂，可以从以下几个方面考虑：

（1）尽管LOM可以使OER过程中O-O成键变得容易，OH的去质子化将会变得困难。通过掺杂，复合等手段使非成键氧的电子更加非局域化可以降低OH的去质子化能垒；

（2）使O-O成键发生在氧态，OH去质子化发生在金属态，实现最佳的电子传输路径；

（3）通过设计单原子金属位点，将活性氧限制在单金属位点附近，降低氧空位的迁移率，有利于设计稳定高效的LOM催化剂；

（4）设计超薄或多孔形貌LOM催化剂，有利于提升催化剂导电性；

（5）探索LOM在其他电催化领域的应用，如氨氧化，甲醇氧化，尿素氧化等。

Understanding of Oxygen Redox in Oxygen Evolution Reaction. Advanced Materials.,2022,DOI: 10.1002/adma.202107956

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107956

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Advanced Materials：氧作为活性中心在电解水产氧中的催化机理

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