徐梽川/曾林AM：构建硫尖晶石对水氧化活性位点和自旋通道

水电解是一种很有前途的碳中和的制氢技术，但开发稳定、低成本的阳极催化剂仍然是一个巨大的挑战。其中，表面上重构的氢氧化物是活性物质，其中大多数优于直接合成的氢氧化物，但高内在活性的原因仍有待探索。

基于此，新加坡南洋理工大学徐梽川教授和南方科技大学曾林副教授（共同通讯作者）等人报道了关于展示预催化剂硫尖晶石CoFe₂S₄的独特重构行为，以及其高OER活性的重构化学。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者首先检测了CoFe₂O₄的电子结构。CoFe₂O₄有限重建的来源于较低O 2 p能级，限制了氧化物的结构灵活性。

DFT研究显示，在实现重构方面Co-S杂交优于Co-O杂交的显著优势。CoFe₂S₄的S 3p带显示出明显的更高的能级，其中心比CoFe₂O₄的O 2p更接近费米能级。此外，对于后期过渡金属氧化物/硫化物，(M-O)^*/(M-S)^*轨道倾向于被强d-d轨道相互作用分裂，导致一个空的UHB和一个填充的LHB。

在阳极扫描中，电子将首先从LHB中移除，导致金属阳离子的氧化状态增加。在CoFe₂O₄的循环伏安法（CV）中，在约1.1 V电位下，Co²⁺/Co³⁺的稳定氧化还原，表明电子只能从EF以下的LHB中移除。

由于硫化物中的S 3p态的能级高于氧化物中的O 2p态，因此（M-S）轨道比（M-O）轨道更接近LHB。在金属阳离子氧化后，在OH^–氧化前，电子沿着阳极扫描从（M-S）键合轨道上移除，导致M-S键断裂，并有助于在OER前形成氢氧化物。

Reconstruction of Thiospinel to Active Sites and Spin Channels for Water Oxidation. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202207041.

https://doi.org/10.1002/adma.202207041.

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徐梽川/曾林AM：构建硫尖晶石对水氧化活性位点和自旋通道

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