威斯康辛麦迪逊大学的金松、哈尔滨工业大学的宋波等人通过引入CeO2纳米晶，形成多相Co3O4/CeO2纳米复合材料，有效增强了Co3O4的本征催化活性，从而建立了Co3O4/CeO2纳米复合材料作为酸性OER催化剂的体系。由于其优异的氧化还原性能和储氧能力，CeO2在热催化中已被证明是一种助催化剂。虽然文献已报道CeO2被引入许多电催化体系后可以提高各种电催化反应的整体性能，包括碱性OER，但它如何影响催化活性仍有争议，其对电催化剂氧化还原性能的贡献尚未讨论。本文研究表明，CeO2的引入(即在没有混合相的双组分纳米复合材料中，纯相CeO2纳米晶分散在纯相Co3O4晶体之间)显著抑制了酸性介质中Co3O4的OER预氧化还原特性，表明二聚CoIVCoIV中间体发生失稳。进一步的电化学测试结合结构表征，包括动力学同位素效应(KIE)、pH和温度依赖性研究、原位拉曼和非原位XAS分析，揭示了Co3O4/CeO2的催化性能增强是由于CeO2改变了Co3O4的电子结构以及局域成键环境。计时电位测定和ICP-MS分析表明，活性更高的Co3O4/CeO2表现出与Co3O4相当的酸性OER稳定性与更好的开路稳定性，从而打破了活性/稳定性的权衡。相关工作以《Modifying redox properties and local bonding of Co3O4 by CeO2 enhances oxygen evolution catalysis in acid》为题在《Nature Communications》上发表论文。图文介绍
图1. Co3O4纳米结构及Co3O4/CeO2纳米复合材料的结构表征图2. 在0.5 M H2SO4溶液中，在FTO电极上，Co3O4和Co3O4/CeO2(10 at% Ce)催化剂的电化学测试图3. 在FTO电极上，Co3O4和Co3O4/CeO2催化剂的酸性OER进行了pH依赖性、动力学同位素效应(KIE)和表观活化能(Eapp)分析图4. 在0.5 M H2SO4溶液中，对Co3O4和Co3O4/CeO2催化剂进行OER测试前后的XAS表征，揭示两种催化剂的结构和氧化态差异图5. 在0.5 M H2SO4溶液中，对Co3O4和Co3O4/CeO2催化剂在碳纸电极上进行原位拉曼表征，揭示催化剂的结构演变总结展望
综上所述，本文成功报道了Co3O4/CeO2纳米复合材料可作为在酸性介质中OER电催化剂。Co3O4/CeO2在FTO电极和碳纸电极上的过电位分别为~423 mV@10 mA cm-2和347 mV@10 mA cm-2。进一步的电化学测试结合结构表征，包括动力学同位素效应(KIE)、pH和温度依赖性研究、原位拉曼和非原位XAS分析，始终揭示催化剂在OER过程的微观结构状态及其变化。CeO2纳米晶的引入改变了Co3O4中的电子结构，并创造了一个更有利的局部键合环境，使得CoIII表面物种很容易被氧化为OER活性CoIV物种，并在电化学条件下抑制了Co3O4的电荷积累。这是绕过Co3O4中电位决定氧化还原步骤的关键，有效促进催化剂的表面大量重构，从而提高酸性OER活性。
