意大利國(guó)立研究委員會(huì)（CNR）材料結(jié)構(gòu)研究所（ISM）Giuseppe Mattioli等使用最先進(jìn)的DFT理論模擬，對(duì)堿性溶液的OER反應(yīng)使用非晶態(tài)的原始和Fe摻雜Ni(OH)2催化劑薄膜（稱為NiCat和Fe:NiCat）的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了全面的理論研究。
本文要點(diǎn)：
（1）
當(dāng)催化劑薄膜暴露于正電位時(shí)，理論計(jì)算模擬準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)并且捕捉催化劑的局部結(jié)構(gòu)有序的結(jié)構(gòu)變化，與以往報(bào)道的XAS表征結(jié)果相符合。這項(xiàng)研究展示了催化劑的活化過(guò)程中，質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移將Ni(II)可逆的氧化為Ni(III/IV)的關(guān)鍵作用。
通過(guò)建立與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合的NiCat和Fe:NiCat的結(jié)構(gòu)模型，隨后探索原子晶度的OER機(jī)理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加過(guò)電勢(shì)超過(guò)了水氧化和產(chǎn)生氧氣所需的過(guò)電勢(shì)，就能夠觸發(fā)OER。
（2）
這項(xiàng)研究定量比較了適用于吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制（AEM）和晶格氧機(jī)制（LOM）的七種OER反應(yīng)機(jī)理合過(guò)程，表明與NiCat相比，F(xiàn)e如何顯著提高Fe:NiCat的催化活性。
這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，在典型OER反應(yīng)的條件，晶體和無(wú)定形金屬(氧)氫氧化物薄膜表面的常見(jiàn)的簡(jiǎn)單M-O-M結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)AEM和LOM機(jī)制。此外，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)Fe的難以捉摸的作用在于Ni(IV)-O和Fe(IV)-O-鍵在形成關(guān)鍵中間體O-O鍵之前的不同行為，F(xiàn)e能夠降低形成這些中間體所需的過(guò)電勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
Giuseppe Mattioli* and Leonardo Guidoni, Multiple Reaction Pathways for Oxygen Evolution as a Key Factor for the Catalytic Activity of Nickel–Iron (Oxy)Hydroxides, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c12988
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12988
