Nat Commun：CeO2改性的Co3O4的氧化还原性能及局域键合促进酸介质中的电催化析氧

Nanoyu

2021-05-24

开发高效、稳定的酸性析氧（OER）电催化剂是质子交换膜电解水面临的瓶颈。

近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校金松教授，哈工大宋波教授报道了通过引入纳米CeO₂来提高Co₃O₄的本征催化活性，开发了一种多相Co₃O₄/CeO₂纳米复合材料，并将其作为酸性OER电催化剂。

文章要点

1）研究人员通过电沉积相应的金属氢氧化物前驱体，在掺氟氧化锡（FTO）电极和碳纸电极上直接制备了Co₃O₄纳米结构和Co₃O₄/CeO₂纳米复合材料。实验结果显示，Co₃O₄/CeO₂在FTO和碳纸电极上分别仅需要423 mV和347 mV的低过电位即可达到10 mA cm^-2的催化电流密度，是一种高效的酸性OER电催化剂。

2）研究人员通过KIE、pH和温度等相关分析对Co₃O₄/CeO₂催化剂进行了深入的电化学表征，并结合OER测试前后Co₃O₄/CeO₂催化剂的原位Raman和非原位XAS结构表征，清楚地揭示了催化剂的微观结构及其在OER过程中的变化。研究发现，纳米CeO₂的引入改变了Co₃O₄的电子结构，为Co₃O₄创造了更有利的局域成键环境，使得Co₃O₄表面物种容易被氧化为OER活性Co^IV物种，并抑制了Co₃O₄在电化学条件下的电荷积累，这是绕过Co₃O₄中氧化还原电位决定步骤的关键，这导致了实质性的表面重构，从而提高了酸性OER活性。

3）计时电位测试和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析结果表明，活性较高的Co₃O₄/CeO₂表现出与Co₃O₄相当的酸性OER稳定性和更好的开路稳定性这一工作不仅为酸性析氧反应开发了高效的电催化剂，也为设计更具活性的其他反应催化剂提供了策略。

参考文献

Huang, J., Sheng, H., Ross, R.D. et al. Modifying redox properties and local bonding of Co3O4 by CeO2 enhances oxygen evolution catalysis in acid. Nat Commun 12, 3036 (2021)

DOI：10.1038/s41467-021-23390-8

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23390-8