Nature子刊：PANa电催化剂用于直接水氧化

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Nature子刊：PANa电催化剂用于直接水氧化无金属电催化剂是析氧反应（OER）活性材料的一个主要分支，但它们过度依赖功能化的共轭碳材料，极大的限制了对潜在高效碳质电催化剂的筛选。
基于此，澳大利亚悉尼大学赵慎龙教授和裴增夏、美国波多黎各大学陈中方教授（共同通讯作者）等人报道了一种介观结构聚丙烯酸酯（PANa）水凝胶电催化剂，其可以提供优异的OER活性，与基准IrO2催化剂在碱性电解质中相当，同时具有高耐久性和在各种pH环境中的良好适应性。在过电位为316 mV下，基于PANa的最佳电极提供了10 mA cm−2的OER电流密度，同时具有42 mV dec−1的小Tafel斜率和出色的耐久性。
Nature子刊：PANa电催化剂用于直接水氧化
通过对PANa分子进行DFT计算，作者研究了PANa水凝胶作为OER电催化剂的可行性。通过绘制特定电位下的自由能图发现，在理论电位为1.23 V时，除*O的形成外，OER的所有步骤在热力学上都是有利的，表明第二步（步骤II，即*OH→*O）是OER的速率决定步骤（RDS）。当电位增加到1.48 V时，这一步变得有利，表明PANa对OER只有250 mV的小过电位。对于裸PANa水凝胶，催化OER需要约390 mV的中等过电位，*OH的初始吸附（步骤I）为RDS。DFT计算表明，PANa水凝胶理论上是一种非常活跃的OER电催化剂。
Nature子刊：PANa电催化剂用于直接水氧化
DFT计算表明，PAM水凝胶需要480 mV的过电位，可能是由于末端酰胺基团中碳原子的正电荷较少。ATR-IR光谱显示，HPAM样品中-CONH2基团到-COO−基团的特征峰的演化。对比原始的CC-PAM电极，CC-HPAM电极的OER活性大大提高。逐渐增强的活性进一步证明-COO−基团是OER更活跃的位点，也表明通过调整聚合物化学结构开发高效水凝胶基OER电催化剂的巨大潜力。
Nature子刊：PANa电催化剂用于直接水氧化
A polymeric hydrogel electrocatalyst for direct water oxidation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36532-x.
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36532-x.

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