五国高校催化学者联合发文：亟需重视金属化合物在电催化时的表面状态！

使用金属化合物（又称金属X化物，TMX）作为电催化材料是最近的热门研究领域。由于在电催化中存在水溶液和表面含氧/氢吸附物的平衡，催化剂的表面可能会被来自水活化的含氧/氢吸附物所覆盖或部分覆盖。这些电催化引起的新催化表面状态可能会导致不一样的表面电子结构及活性位点。然而，此前大多数对TMX的理论计算研究往往基于一个符合TMX化学计量比的纯净（pristine）表面，忽视表面可能形成的新表面状态，引起对机理理解和催化剂设计上的偏差。

成果简介

五国高校催化学者联合发文：亟需重视金属化合物在电催化时的表面状态！

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 E_HO* vs. E_O*以及E_HO* vs. E_HOO*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

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/2023/10/09/0d38da45ac/

五国高校催化学者联合发文：亟需重视金属化合物在电催化时的表面状态！

相关推荐