Nature Communications：揭示NiFe和CoFe层状双氢氧化物在析氧过程中的原位结构及催化机理

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2020-05-20

NiFe和CoFe（MFe）层状双氢氧化物（LDHs）是用于碱性析氧反应（OER）的最具活性的电催化剂。

有鉴于此，柏林工业大学Fabio Dionigi，Peter Strasser，普渡大学Zhenhua Zeng，马普学会弗里茨-哈伯研究所Beatriz Roldan Cuenya报道了将电化学测量结果与操作性广角X射线散射（WAXS）和XAS数据相结合，从头算分子动力学模拟和协同DFT方法，以阐明和对比NiFe和CoFe LDH催化剂活性相的晶体结构，反应中心和电催化OER机理。

文章要点

1）研究发现，在OER条件下，NiFe和CoFe LDHs都从制备的α相转变为去质子化的γ相。氧化相变的特征是Fe和M(Ni，Co)的氧化和插层离子的阴阳离子转换分别引起面内晶格常数和层间距的约8%的收缩。

2）研究人员采用原位识别的γ相，通过密度泛函理论计算来研究其OER机理。表面相图表明，在OER条件下，通过形成桥OH，表面O的位点被H饱和，而配位不足的金属位点被OH的顶基饱和。这些结构和相关的反应自由能表明，O通过Mars van Krevelen机制进行OER，从Fe-M反应中心(M=Ni或Co)的桥接OH氧化开始，形成O-桥接的Fe-M。

3）Fe中心的柔性电子结构及其通过形成O-桥接的Fe-M反应中心与最近的M中心的协同作用，从根本上解释了MFe氢氧化物的高OER活性，这是由于OER中间体的稳定，而OER中间体不利于纯M-M中心和单个Fe中心。因此，基于Operando实验和DFT计算相结合的方法，研究人员在原子尺度上，阐明了Mfe LDHs的高OER活性的机理。

Dionigi, F., Zeng, Z., Sinev, I. et al. In-situ structure and catalytic mechanism of NiFe and CoFe layered double hydroxides during oxygen evolution. Nat Commun 11, 2522 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-16237-1

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16237-1