來源:《中國科學(xué)報》第1版 要聞
發(fā)布時間:2024-01-30

酸性環(huán)境中二氧化錳電解水催化劑示意圖。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖
本報訊(見習(xí)記者孫丹寧)中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員肖建平團(tuán)隊(duì)與日本理化學(xué)研究所研究員李愛龍、教授中村龍平團(tuán)隊(duì),在電解水材料設(shè)計研究中取得新進(jìn)展。他們制備了不同晶格氧結(jié)構(gòu)的γ-二氧化錳(MnO2)材料,獲得了安培級電流密度的電解水活性,同時該材料在酸性環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了超長電解穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-催化》。
制備酸性條件下具有高活性和高穩(wěn)定性的非貴金屬電催化水氧化(OER)催化劑是清潔能源利用領(lǐng)域中的研發(fā)重點(diǎn)。在前期工作中,肖建平團(tuán)隊(duì)與合作者通過理論計算解釋了不同OER催化劑的活性、穩(wěn)定性趨勢及反應(yīng)機(jī)理,取得了一系列研究成果。
在γ-MnO2催化劑中,存在著兩種不同的晶格氧,即平面配位結(jié)構(gòu)(Opla)和三角錐配位結(jié)構(gòu)(Opyr)的晶格氧。在該研究中,肖建平團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建不同Opla含量的γ-MnO2模型,研究了γ-MnO2穩(wěn)定性與Opla含量的關(guān)系。對于γ-MnO2的溶解,團(tuán)隊(duì)提出了Opla和Opyr兩種溶解機(jī)理,并通過熱力學(xué)計算對比了兩種機(jī)理的反應(yīng)能變,發(fā)現(xiàn)了Opla和Opyr的羥基化分別是兩種機(jī)理的限制步驟。團(tuán)隊(duì)通過電化學(xué)能壘計算證明,Opla比Opyr更難溶解,說明增加Opla含量可以提高γ-MnO2的穩(wěn)定性。
通過計算不同Opla含量γ-MnO2的溶解速率,研究團(tuán)隊(duì)對γ-MnO2的穩(wěn)定性趨勢進(jìn)行了半定量解析,為高穩(wěn)定性O(shè)ER催化劑的設(shè)計提供了理論見解。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41929-023-01091-3?
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