近日,在日本东北大学材料科学高等研究所(WPI-AIMR)李昊副教授、英国曼彻斯特大学高级讲师Carmine D’agostino、澳洲悉尼大学ARC Future Fellow魏力博士领衔的一项研究工作中,对14种典型金属化合物进行了表面Pourbaix相图基准分析,发现在电催化反应过程中 (CO2RR, NRR, HER, OER 及ORR), 催化剂的表面状态都会发生明显的变化。比如,在OER及ORR条件下, 催化剂的表面会趋于被O*或者HO*覆盖;而在相对较低的电位下, 如HER, CO2RR及NRR过程中, 催化剂的表面会被H*覆盖或形成阴离子缺陷。这些结果也与不少实验的催化后表征(post-catalysis characterization)结果较为吻合。对上述五个电催化反应的典型反应物吸附能进行计算发现,若不考虑催化表面的真实表面状态,所得的反应机理结果将大相径庭。该工作得到的一个重要结论是,在分析金属化合物电催化剂的活性时,对其表面状态进行分析是一个不可缺少的步骤。因为催化剂在特定的反应条件下,其表面态会发生明显的变化,这种变化会对材料的性能、稳定性等产生决定性作用。同时, 为了达到精准的催化机理研究, 一些催化后的表征以及原位的测试技术也需要得到更广泛的重视和发展。该工作以“The Surface States of Transition Metal X-ides under Electrocatalytic Conditions”为题发表在Journal of Chemical Physics:第一作者:刘恒;通讯作者:李昊(日本东北大学);Carmine D’agostino(英国曼彻斯特大学及意大利博洛尼亚大学);魏力(澳洲悉尼大学);其他作者:贾雪(日本东北大学);曹昂(丹麦科技大学)。图一 电催化表面相图的计算流程。图二 14种典型的金属X化物的表面Pourbaix相图。图三 EHO*vs. EO* 以及EHO*vs. EHOO* 在不同覆盖度下的线性标度关系。The Surface States of Transition Metal X-ides under Electrocatalytic Conditions, Journal of Chemical Physics, 2023,https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0147123