催化剂是加速需要大量能量的缓慢反应的关键。因此，分析哪种类型的催化剂加速反应最多，以及它们的潜在机制可以帮助我们提高效率。日本东北大学高级材料研究所（AIMR）的一个研究小组提出了一种利用尖晶石氧化物来改善析氧反应（OER）的策略。这种催化剂通过稀土铈（Ce）替代，克服了以前尖晶石氧化物通常遇到的问题。
稀土诱导的梯度轨道耦合状态：(a)我提供的定性分子轨道图
T对称群中塔尔-氧相互作用
d和O
h,从哪里
对称的不可约表示是指cano
Mulliken术语。(b)稀土诱导梯度轨道耦合定向氧电催化co的波段投影图
由[REO]提供
6], [M
TO
4[M]
OO
6]。整个形成
框架是有限的
由IO构造
我的化
假日，假日
再保险为O中的稀土
h,我
T对我来说
以T表示
d,我
O对我来说
以零为单位
h场)，阴离子氧A的电子亲和力
o，以及晶体场相互作用。在晶体场相互作用中，能量项通常与电荷q和马德隆势V相关
米化学物质。?李昊等。
尖晶石指的是镁、镍或锌等矿物紧密堆积成立方晶体。尖晶石氧化物作为活性电化学析氧反应催化剂的潜力已被探索。然而，尖晶石氧化物的催化过程往往遵循吸附质演化机制途径，这在很大程度上抑制了尖晶石氧化物释放O2的能力。这不利于期望的析氧反应。
相比之下，晶格氧机制途径（由氧化物中的晶格氧辅助O2的释放）要有效得多。为了最好地利用这种方法，了解在析氧过程中如何触发晶格氧活化等因素是很重要的。
“即使是最微小的变化也会改变反应的效率，”AIMR副教授李浩解释说，“从本质上讲，我们希望能够可靠地控制氧化尖晶石倾向于哪条途径，这样我们每次都能达到预期的结果。”
综合电化学析氧性能与实际应用
(a) NiCo的连续CV曲线
2O
4(b) Ce-NiCo
2O
4在阿
2-饱和0.1 M KOH，扫描速率为5 mV s
1． (c) O中催化剂的LSV曲线
2-饱和0.1 M KOH，扫描速率为5 mV s
1． 插图显示了不同电流密度下的过电位。(d) Ce-NiCo的TOF值
2O
4和尼克
2O
4． (e) Chro
Ce-NiCo的电流曲线
2O
4和尼克
2O
4在1.5 V下
流值． 插图显示了不同时间间隔的电流密度比。(f)加速CV循环后的LSV曲线。如图所示为CV曲线。(g) AEMWE的LSV曲线。附图为AEMWE模型。?李昊等。
研究小组使用NiCo2O4作为Ce的模型。该催化剂OER活性显著，过电位低，电化学稳定性好，在阴离子交换膜水电解槽中具有良好的实用性。理论分析表明，Ce-NiCo2O4表面OER遵循比NiCo2O4更有利的晶格氧机制（LOM）途径，并通过ph依赖行为和原位拉曼分析进一步验证了这一点。为了更好地表征反应的来龙去脉，电化学质谱法证实了氧特异性地来自Ce-NiCo2O4的晶格氧。
Ce的加入成功地促进了晶格氧途径，这为在电化学反应中使用这种催化剂和类似的催化剂打开了新的大门。这项工作为设计高活性的OER尖晶石氧化物提供了新的视角，并对稀土增强的LOM机制提供了重要的见解。
特别是，OER水分解过程对生产绿色氢燃料很有用，因此对该反应有浓厚的兴趣。为了改变现状，让这些环保燃料得到更广泛的应用，一切都要从催化剂开始。
这些发现发表在2024年10月9日的《Angewandte Chemie International Edition》上。
基于表面状态变化和实验测定的LOM机理研究：NiCo表面(a) *H覆盖的表面Pourbaix图
2O
4(b) Ce-NiCo的H覆盖率
2O
4(c)各种*H
2O, *OH， *O和*H覆盖在Ce-NiCo上
2O
4． (d) Ce-NiCo吸附氧中间体的示意图模型
2O
4． (e) Ce-NiCo的LOM通路自由能图
2O
4和尼克
2O
4． （f-g） NiCo的势移原位拉曼光谱
2O
4和Ce-NiCo
2O
4． (h) Ce-NiCo的pH值在14至13之间的pH依赖性试验
2O
4． 附图表示线性关系
耦合因子T测定中过电位与pH值的关系
H +
e -． （i-j）检测
18o标记的NiCo氧中间体
2O
4和Ce-NiCo
2O
4． ?李昊等。
