张林娟/王建强/胡志伟JACS: U键合Co催化，协同促进UCoO4电催化OER

电化学水分解可以解决人们不断增长的能源需求和环境问题。而析氧反应(OER)缓慢的四电子动力学成为电化学水分解的瓶颈。

因此，了解OER的机理和确定OER的活性位点对于设计和开发高效且稳定的电催化剂非常重要。另外，多个金属位点之间的电子结构调制是设计高效催化剂的关键。大多数研究都集中在通过其他d区金属调节3d过渡金属活性离子，而很少使用f区金属。

近日，中科院上海应用物理研究所张林娟、王建强和马克斯·普朗克固体化学物理研究所胡志伟等报道了一种新型金属氧化物UCoO₄，它是一种在碱性溶液中具有高活性和耐用性的OER电催化剂。

在UCoO₄中，初始Co和U离子分别具有Co²⁺和U⁶⁺价态，并且具有完全有序的Co-O-U网络排列。UCoO₄显示出优异的OER活性，在1.0 M KOH 溶液中，其在10 mA cm^-2的电流密度下的过电位仅为250 mV，Tafel斜率为47 mV dec^-1，明显高于其他B位纯Co氧化物催化剂(LiCoO₂、Li₂Co₂O₄、Co₂O₄、ZnCo₂O₄和WCoO₄等)。

另外，UCoO₄在1.20 V_RHE和1.50 V_RHE之间以10 mV s^-1的扫描速率进行200个CV循环后，其在10 mA cm^-2电流密度下的过电位仅增加2 mV，证明了UCoO₄的长期稳定性。

X射线吸收光谱(XAS)和密度泛函理论(DFT)计算表明，在OER过程中，原始UCoO₄中Co²⁺离子转化为高价Co^3+/4+，而U⁶⁺保持不变，这说明只有Co是活性位点。虽然U是OER非活性离子，但由于来自极高氧化态U⁶⁺的U 5f-O 2p-Co 3d网络，U⁶⁺-5f的共价键合协同增强了Co^3+/4+的OER活性。这项研究为通过独特的5f参与实现电子结构操纵开辟了新途径。

5f Covalency Synergistically Boosting Oxygen Evolution of UCoO₄Catalyst. Journal of the American Chemical Society, 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c10311

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张林娟/王建强/胡志伟JACS: U键合Co催化，协同促进UCoO4电催化OER

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