第一作者：Shujiao Yang
通讯作者：郑浩铨、曹睿、张伟
通讯单位：陕西师范大学
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本文综述了过渡金属基多相电催化剂在水氧化反应中的应用机制。水氧化反应是太阳能转换过程中的关键步骤，对于实现高效的能源转换，开发成本效益高且耐用的水氧化催化剂至关重要。
文章首先介绍了水氧化反应的背景和重要性，随后详细讨论了不同过渡金属（包括锰、铁、钴、镍和铜）基催化剂的催化机制，并强调了监测关键中间体以探索反应路径的重要性。此外，还介绍了用于物理表征水氧化中间体的先进技术，旨在为水氧化研究建立可靠的方法论。
通过对过渡金属基水氧化电催化剂的研究，可以为理解自然和人工能量转换过程提供新的见解。
图文导读
图 1 展示了自然界中光系统II（PSII）中氧发生中心（OEC）的结构，以及Mn4CaO5团簇的结构和Kok循环中的五个中间态。
图 2 展示了OER反应组分和中间体的吉布斯自由能，以及不同催化剂上HOO*和HO*的吸附能关系图。
图 3 展示了在碱性溶液中OER的AEM、I2M和LOM机制，其中“*”代表活性金属位点。
图 4 展示了CaMn-氧化物电催化剂的水氧化机制，以及在Mn3O4纳米粒子薄膜上OER过程中Mn(IV)QO物种的原位拉曼光谱。
图 5 展示了通过抑制Mn(III)电荷离散来提高MnO2水氧化效率的示意图。
图 6 展示了在中性条件下Mn3O4纳米粒子上OER机制的示意图。
图 7 展示了在a-Mn2O3和MnOx-300中水氧化机制的示意图。
图 8 展示了单核Mn嵌入氮掺杂石墨烯（Mn-NG）催化剂在水氧化中的OER机制。
图 9 提出了在NiFe基和NiCoFe基催化剂中形成Fe(VI)活性物种的机制。
图 10 提出了FeCoNi基电催化剂在碱性条件下的OER机制，以及FeOOH–NiOOH和NiFe LDH催化剂的OER机制。
图 11 展示了Fe1(OH)x/P-C催化剂的OER机制，包括Fe K边EXAFS光谱和C K边XAS光谱。
图 12 提出了CoOOH和Na2CoP2O7催化剂的OER机制。
图 13 展示了NaCo4(PO4)3和Na2CoP2O7的晶体结构以及它们在中性条件下的OER机制。
图 14 提出了Aza-CMP-Co催化剂在不同pH范围内的WNA和IHNA机制。
图 15 提出了CoFeCuO2在金属和晶格氧位点上的OER催化循环，以及OVSM机制的吉布斯自由能图。
图 16 提出了Co–Fe/WP、Fe–Co/WP、Co/WP、Fe/WP、Co–Fe–N–C和Fe–Co–N–C电催化剂的OER反应机制。
总结展望
本文总结了不同过渡金属基催化剂在OER中的各种机制，并强调了原位和操作条件下技术在研究OER机制中的重要性。
文章指出，要深入理解OER机制，研究人员应该关注OER催化剂的重构过程，以及在实际运行条件下催化剂的真实活性位点。此外，文章还强调了设计表面稳定的电催化剂的重要性，这将简化反应过程并有助于研究OER机制。
最后，文章提出了未来研究的方向，包括开发新的催化剂以独立改变不同中间体的反应性，打破HO*和HOO*之间的比例关系，以及利用均相催化水氧化的机制来理解多相催化机制。
文献信息
标题：The mechanism of water oxidation using transition metal-based heterogeneous electrocatalysts
期刊：Chem. Soc. Rev.
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