复旦/华理Chem: 电极-电解质界面的分级阴离子实现协同催化中性水氧化

析氧反应(OER)是电化学燃料或化学品生产的关键半反应，它涉及四个电子和四个质子同时转移，通常具有非常缓慢的动力学，这限制了电化学转化的整体效率。为了克服上述问题，研究人员除了在开发高效电催化剂方面做出的重大努力外，设计电极-电解质界面也是提高电催化效率的一条有希望的途径。

近日，复旦大学龚鸣和华东理工大学练成等发现分级阴离子、硼酸盐和氟化物的协同作用，可协同促进中性条件下的电催化水氧化。

在阳极电位下，硼酸根阴离子倾向于驻留在更靠近催化剂表面的内亥姆霍兹层中，而氟化物阴离子则位于更远的外部。更多的阳极电位不会改变离子的排列，但会逐渐将氟化物阴离子移向电极-电解质界面；而分级阴离子可以大大提高水氧化的电催化活性(特别是在电沉积的Co(OH)₂电极)。

相对于单个对应物，在1.40 V_RHE时催化剂的电流密度数值分别增加9.49倍、7.24倍和4.04倍。这种协同作用可能导致两个动力学区域：一个是硼酸盐主导区域，通过促进局部PCET促进水氧化开始；另一个是硼酸盐阴离子促进的氟化物主导区域，通过大大提高交换电流维持更高的电流密度。

这种协同的电解质最终可以在中性pH值下实现高效的水氧化，同时实现在1.651 V_RHE和1.791 V_RHE下的10 mA cm^-2和100 mA cm^-2的高电流密度和以及在100 mA cm^-2下~336小时的出色耐用性，为中性条件下的高效电解应用提供了新的可能性。

Hierarchical Anions at The Electrode-Electrolyte Interface for Synergized Neutral Water Oxidation. Chem, 2022. DOI: 10.1016/j.chempr.2022.06.012