ACS Catalysis：界面电荷转移促进表面重构，实现高效稳定酸性水氧化

与碱性水电解槽相比，质子交换膜水电解槽具有理论电流密度大(> 1 A cm⁻²)、气体纯度高(>99.99%)和能量效率高(74−87%)等优点，被认为是一种有前途的制氢技术。酸性水氧化反应动力学缓慢，酸性腐蚀严重，以及催化活性和稳定性较低，迫切需求酸性析氧反应(OER)高效电催化剂。

目前报道的酸中OER电催化剂大多是IrO₂和RuO₂等贵金属催化剂，但其费用昂贵和稀缺性，难以实现大规模应用。因此，有必要设计低成本、高活性和长期稳定的非贵金属酸性催化剂。

基于此，华中科技大学李箐和王谭源等采用柔性水热法合成了一系列负载于CeO₂纳米棒上的微量P掺杂Co−Ni氧化物(CeO₂/Co−Ni−P−O_x)。

实验结果表明，在0.5 M H₂SO₄溶液中，最优的CeO₂/Co₂NiP_0.03O_x催化剂在5和10 mA cm⁻²电流密度下的过电位分别为166和262 mV，Tafel斜率为32.9 mV dec⁻¹，性能优于商业IrO₂催化。利用CeO₂/Co₂NiP_0.03O_x组装的水电解槽(CeO₂/Co₂NiP_0.03O_xǀǀPt/C)仅需1.45 V的电压就能达到5 mA cm⁻²电流密度，并且其在5 mA cm⁻²下的O₂法拉第效率接近100%；并且利用CeO₂/Co₂NiP_0.03O_x和Pt/C组装的质子交换膜(PEM)水电解槽可以连续运行至少30小时而不会出现明显的性能衰减，这进一步表明CeO₂/Co₂NiP_0.03O_x优异的稳定性。

XPS和XAS结果表明，通过在异质结界面上形成Ce−O−Co键和引入微量P元素，Co²⁺氧化物中Co原子的价态从2增加到2.51；原位拉曼光谱学结果显示，部分增加的Co价态有利于表面钴位点原位转化为在酸中低电位下具有高OER活性的Co³⁺−O。密度泛函理论(DFT)计算表明，在CeO₂/Co−Ni−P−O_x中原位形成的可还原的Co³⁺−O活性位点能促进水分子的去质子化，从而促进OER动力学。

此外，CeO₂/Co−Ni−P−O_x中Co原子空位形成能增加到，这是由于CeO₂与Co氧化物之间强烈的界面相互作用以及P的掺入，从而减少了Co原子的溶解，提高了材料的稳定性。

Reducible Co³⁺–O Sites of Co–Ni–P–O_x on CeO₂ Nanorods Boost Acidic Water Oxidation via Interfacial Charge Transfer-Promoted Surface Reconstruction. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c06133

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ACS Catalysis：界面电荷转移促进表面重构，实现高效稳定酸性水氧化

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