近日，内蒙古大学化学化工学院王勤教授课题组在电催化析氧反应研究领域取得重要进展。在《Energy & Environmental Science》上发表题为“Achieving superior oxygen evolution of perovskite via phase transition and electrochemical reconstruction strategy”的研究论文。该研究深入分析了催化剂的结构重构对析氧反应性能的促进作用。该研究得到国家自然科学基金、内蒙古自治区自然科学基金、内蒙古自治区“草原人才”项目、内蒙古自治区高校青年科技人才项目、碳中和研究项目以及国家重点研发计划项目资助。

析氧反应（Oxygen evolution reaction，OER）作为电化学水分解绿色制氢过程中最重要的半反应，对于开发能源存储和转换装置以实现能源可持续发展的战略目标至关重要。然而，由于复杂且连续的四质子耦合电子转移过程使OER过程受到严重阻碍。贵金属催化剂由于稀缺性、高成本和较差的耐久性，严重阻碍了其广泛应用。因此，开发经济高效的OER电催化剂是迫切需要的。

钙钛矿氧化物（ABO₃）的A位金属多为离子尺寸较大的碱土或稀土金属，B位金属多为过渡金属。这类材料具有有序的原子排列、独特的电子结构和灵活可调节的结构，是目前过渡金属基电催化剂的研究热点。然而，钙钛矿氧化物由于导电性低以及可接触的活性位点不足等原因导致其固有的OER催化活性仍然不够理想。重构工程可以优化电子结构和含氧中间体的吸附/解吸能力，对于提高钙钛矿氧化物活性以及反应动力学是有效的。同时，在催化剂的重构过程中，对催化剂的真实活性位点进行实时监测也具有重要意义。

本研究通过简单的晶相重构和电化学重构策略，巧妙地将Ru³⁺引入材料结构中，使钙钛矿SrCoO_2.52完全重构为尖晶石Co₃O₄，成功实现了催化剂独特的晶相转变。进一步通过电化学重构，在催化剂的Ru_SA-Co₃O₄表面形成CoOOH。通过这种方法，极大的减小了所制备催化剂的析氧反应过电位，同时显著提升OER反应的稳定性。采取二次重构的策略可以有效调节催化剂中活性金属的电子结构，所形成的Co-O-O和Ru-O-O作为活性中心优化反应中间体的吸附能，促进OER过程中的电荷转移。这项研究为高活性钙钛矿OER电催化剂的设计开辟了新的途径，并对其表面重构机理有了深入的了解。

氢能作为可再生的清洁能源，具有很高的燃烧效率和能量密度，对于实现可持续能源与低碳经济转型至关重要。开展过渡金属基析氧反应催化剂的研究可以有效降低电解水绿色制氢的成本，析氧反应性能的提高进一步大幅度提升电化学水分解制氢的效率。这项研究为钙钛矿氧化物析氧反应电催化剂的设计开辟了新思路，有望进一步发展成为一种高效节能、具有潜在应用前景的新技术策略。同时，这项工作在高效电解水绿色制氢领域具有良好的应用前景，有助于推动内蒙古的绿色可再生能源发展。

文献链接：

https://doi.org/10.1039/D3EE04338J

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