OER固液界面中阳离子的调控
作者单位：中山大学材料科学与工程学院 Institute of Chemical Research of Catalonia(ICIQ) The Barcelona Institute of Science and Technology (BIST)
会议名称：《中国化学会第二届全国光功能材料青年学者研讨会》
会议日期：2020年
学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）]
摘 要：太阳能燃料是把太阳能转化为化学能而形成的燃料,包括水分解产氢与二氧化碳还原制备化学燃料。这两种方式都包含析氧反应(Oxygen Evolution Reaction, OER)。缓慢的OER反应是限制大规模制备太阳能燃料的最主要因素。近些年来发现的铁(Fe)掺杂NiOx Hy体系是目前碱性条件下活性最高的催化剂[1]。而纯的NiOx Hy活性很低,前期实验中比较高的活性均是有意或者无意中掺入的Fe离子所致[2,3]。关于该体系反应的位点以及反应机理争议一直存在,尤其是溶液中Fe离子如何进入NiOOH松散的层状结构以及它怎么影响OER过程并不清楚。我们通过研究溶液中的NiOOH表面能,Fe离子吸附掺杂等各种可能的构型发现放入溶液中的NiOOH电极在水分子的作用下可以自发发生层剥离,Fe离子随后吸附在层内表面,增加了电极的体积,与实验中观测一致[4]。吸附过程中,Fe离子会被氧化,而晶格中相邻的Ni离子会被局部还原,验证了实验上观测到Fe掺杂抑制Ni+)的形成[5]。在第一性原理动力学模拟中,发现与Fe离子配位的水分子,可以与NiOOH表面发生动态的质子交换。这种伴随着电荷转移的质子交换可以改变局部Ni的化学环境,动态氧化与还原Ni离子,降低了Ni离子在配位数变化中的能量变化,从而降低了OER的反应过电位[6]。后期的工作中,通过第一性原理动力学,我们还详细地讨论碱金属阳离子对OER反应的可能的影响。