JACS： OER中富氧空缺Co3O4动力学行为的原位识别- 大数跨境

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JACS： OER中富氧空缺Co3O4动力学行为的原位识别

科学材料站

2020-06-24

导读：本文构建了纯尖晶石Co3O4和富VO的Co3O4作为催化剂模型，通过不同的原位表征，研究了电催化OER过程中的缺陷机理和缺陷位点的动态行为。

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导读

OER是一个动态的过程，目前缺陷结构在过渡金属化合物电催化OER反应中的确切作用尚不清楚。研究缺陷电催化剂在原位条件下的构效关系，对于理解缺陷电催化剂的内在反应机理和缺陷位点的动态行为具有重要意义。

基于以上现状，湖南大学的王双印团队在国际知名期刊JACS上发表题为“Operando Identification of the Dynamic Behavior of Oxygen Vacancy-rich Co3O4 for Oxygen Evolution Reaction”的论文。Zhaohui Xiao, Yu-Cheng Huang, Chung-Li Dong为本文共同第一作者。

图1. 图片概要

富氧空位（VO）的Co3O4是一种高效催化OER的催化剂。本文构建了纯尖晶石Co3O4和富VO的Co3O4作为催化剂模型，通过不同的原位表征，研究了电催化OER过程中的缺陷机理和缺陷位点的动态行为。原位EIS和CV表明，在相对较低的电位下，VO可以促进低价Co（部分由VO诱导以平衡电荷）的预氧化。这一观察结果证实，VO可以在OER过程发生之前，启动VO-Co3O4的表面重建。

原位XPS和原位XAFS结果进一步证明，VO-Co3O4的氧空位首先被OH*填充，促进了低价Co的预氧化，以及中间Co-OOH*的重构/脱质子。本文通过观察缺陷电催化剂的表面动态演变过程，识别了电催化过程中的真实活性位点，动态地揭示了Co3O4的缺陷机理。该发现将促使社会更加关注缺陷电催化剂的动态行为。

核心内容

本文构建了纯尖晶石Co3O4和富VO的Co3O4作为催化剂模型，通过各种原位表征研究了缺陷机理并研究了电催化OER过程中缺陷位点的动态行为。原位 EIS和CV表示，VO可以在相对较低的施加电势下促进低价Co的预氧化（Co2+，一部分由VO诱导以平衡电荷）。

该观察结果证实VO可以在OER过程发生之前启动VO-Co3O4的表面重建。原位XPS和原位XAFS结果进一步证明，氧空位首先被OH *填充，从而促进VO-Co3O4的形成，并促进低价Co的预氧化，以及促进中间Co-OOH *的重建/去质子化。这项工作通过观察有缺陷的电催化剂的表面动态演化过程并确定电催化过程中的实际活性位点，以动态方式深入了解了OER的Co3O4中的缺陷机理。

图二. 原位表征

Nyquist plots for (A) pure o3O4 and (B) VO-Co3O4 catalysts at different applied potentials versus RHE in 1 M KOH. The green data points indicated that the anode

potential was 1.5 V.

(D) Bode phase plots of pure Co3O4and VO-Co3O4 at 1.5 V vs. RHE in 1 M KOH.

文章链接:

Operando Identification of the Dynamic Behavior of Oxygen Vacancy-rich Co3O4 for Oxygen Evolution Reaction

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00257

老师简介:

王双印，国家杰出青年基金获得者, 科睿唯安高被引科学家（化学）, 爱思唯尔中国高被引学者（化学）。现为湖南大学二级教授，博士生导师。2006年本科毕业于浙江大学化工系，2010年在新加坡南洋理工大学获得博士学位，随后在美国凯斯西储大学，德克萨斯大学奥斯汀分校、英国曼彻斯特大学（玛丽居里学者）开展研究工作。目前，已在国际著名期刊Chem, Nature Commun., JACS, Angew. Chem，Adv. Mater.等发表SCI论文100余篇，总引用14000余次，H-index为63。

研究方向：电催化剂缺陷化学、有机分子电催化转化、高温质子交换膜燃料电池及负载型催化剂批量制备。

信息来源：http://www.cmeel.com/