近日，澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)研究者制備了一種鉬取代的多晶鈷催化劑，并揭示了在材料合成和表面重構(gòu)中鉬（Mo）的真正角色以及對(duì)堿性O(shè)ER反應(yīng)（析氧反應(yīng)）的影響。
過(guò)渡金屬氧化物由于廉價(jià)易得而受到電催化領(lǐng)域研究者的高度關(guān)注。在電催化反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，大多數(shù)含過(guò)渡金屬的催化劑都會(huì)經(jīng)歷相轉(zhuǎn)變、缺陷產(chǎn)生/遷移、價(jià)態(tài)變化等形式的表面重構(gòu)過(guò)程，這就意味著這些催化劑的真正活性中心往往要在表面重構(gòu)過(guò)程之后才會(huì)出現(xiàn)。從這個(gè)角度來(lái)看，降低初始能壘，加快表面重構(gòu)過(guò)程，有利于產(chǎn)生穩(wěn)定的活性位點(diǎn)，促進(jìn)催化動(dòng)力學(xué)，從而顯著提高OER性能。
在此，昆士蘭科技大學(xué)研究者選擇典型的多晶鈷基催化劑作為模板來(lái)探究異質(zhì)摻雜對(duì)初始表面重構(gòu)以及催化活性的影響。多晶鈷催化劑是由氧化鈷（CoO）、面心立方（fcc）金屬鈷相和亞穩(wěn)態(tài)六方密堆積（hcp）金屬鈷相組成的。其中，hcp相在費(fèi)米能級(jí)附近具有更高的電子密度，這會(huì)在相界面上產(chǎn)生強(qiáng)電子耦合，可以促進(jìn)各種類(lèi)型的催化反應(yīng)。然而，hcp相是亞穩(wěn)態(tài)的，在高溫下會(huì)轉(zhuǎn)化為fcc相。在制備多晶鈷基催化劑的過(guò)程中，加入鉬的主要原因是穩(wěn)定亞穩(wěn)態(tài)金屬hcp鈷相，作為電子供體，以及作為動(dòng)力學(xué)促進(jìn)劑加速表面重構(gòu)。
研究表明，Mo調(diào)制的多晶鈷催化劑有利的初始表面重構(gòu)和穩(wěn)定的活性中心，優(yōu)化的催化劑在堿性介質(zhì)中具有僅210mV的低起始過(guò)電位，幷且實(shí)現(xiàn)10mA/cm2 只需要290mV的低過(guò)電位，優(yōu)于貴金屬RuO2和IrO2催化劑。
這項(xiàng)研究首次揭示了表面重建動(dòng)力學(xué)對(duì)電化學(xué)催化活性的關(guān)鍵作用，幷為高性能過(guò)渡金屬基催化劑的設(shè)計(jì)提供了新見(jiàn)解。
