钨青铜结构氧化物中价位调控提高电催化析氧活性的新策略

       许多绿色能源器件的效率受限制于析氧反应(OER)。在OER反应中，对于传统的吸附质演化机制(AEM)，限速步骤是通过水或羟基在单个金属活性位点上对氧的亲核攻击形成氧-氧键(ER型机制)。这一步骤可以通过在两个相邻活性位点上的相邻氧物种之间直接形成氧-氧键来避免(LH型机制)。一般的，LH型机制速率更快，但它要求两个活性位点之间的距离足够短。如果只有金属阳离子具有OER活性时，那么激活LH型机理仍然是一个挑战，因为两种金属阳离子在氧化物催化剂中被氧阴离子在空间上分开。因此，理性设计新型OER催化剂，以提供更快的反应机制，具有重要意义。

       陆亚林课题组和澳大利亚伍伦贡大学的团队合作，在国际顶级期刊Advanced Science (影响因子：15.840) 上发表题为“High Oxygen Evolution Activity of Tungsten Bronze Oxides Boosted by Anchoring of Co²⁺ at Nb⁵⁺ Sites Accompanied by Substantial Oxygen Vacancy”的研究工作。该工作努力致力于探索一种新型灵活结构，可以容纳大量氧空位，同时能够提供金属阳离子的电子结构操纵自由度。具体通过在四方钨青铜(TTB)结构的Sr_0.5Ba_0.5Nb_2-xCo_xO_6-δ中的高价态Nb位置锚定低价态Co。Co在Nb⁵⁺位置的占据导致大量表面氧空位(Ovac)的生成，而Co本身被相邻的Ovac稳定在低价态低自旋的Co²⁺。Ovac和低自旋态Co²⁺的共存促进了一种快速的氧嵌入机制，最佳样品在1.7 V的单位活性比商业IrO₂高20倍。这项工作为合理设计具有超快动力学的OER电催化剂提供了一条全新的途径。论文第一作者李晓宁是陆亚林教授课题组毕业的博士，傅正平副教授和伍伦贡大学程振祥教授是论文的共同通讯作者。

Xiaoning Li, Huan Liu, Yanhua Sun, Liuyang Zhu, Xiaofeng Yin, Shujie Sun, Zhengping Fu, Yalin Lu, Xiaolin Wang, Zhenxiang Cheng, High Oxygen Evolution Activity of Tungsten Bronze Oxides Boosted by Anchoring of Co²⁺ at Nb⁵⁺ Sites Accompanied by Substantial Oxygen Vacancy, Advanced Science, 2020, 2002242

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202002242