中国海洋大学孟祥超教授课题组Chem Catal：硫物种引入策略促进过渡金属钼酸盐原位深度重构用于高效碱性海水OER

第一作者：赵展

通讯作者：孟祥超教授

通讯单位：中国海洋大学

研究亮点

（1）提出了一种硫物种引入策略诱导过渡金属钼酸盐原位快速、深度重构

（2）从实验和理论层面阐明了催化剂快速、深度重构机理

（3）催化剂表现出优异海水OER性能，并将其用于AEM商业电解槽

研究简介

利用海水电解技术有望实现绿氢的规模化生产。然而，海水裂解高度依赖于阳极析氧反应（OER），该过程通常涉及多电子转移步骤，动力学反应相对缓慢，因此制备高性能的OER电催化剂是实现高效海水电解的前提。而诱导阳极进行快速深度重构是合成高效OER催化剂的有效手段。因此，本文作者提出了硫辅助策略用于促进过渡金属钼酸盐的快速深度重构。硫物种的引入能够引起预催化剂金属-硫轨道的电子逃逸效应，从而实现快速、深度电化学重构，促进高活性羟基氧化物的形成。同时，结合理论计算和原位拉曼测试发现，羟基氧化物中硫元素的引入能够有效激活晶格氧，从而遵循晶格氧反应机制，进一步提高OER活性。经测试，重构后催化剂表现出优异的OER电催化活性（166 mV@10 mA cm^-2）。该工作为促进预催化剂快速深度重构，合成高效OER催化剂提供了参考。

图文解析

理论计算以及实验证明硫物种的引入能够促进预催化剂的快速、深度重构。

图1. 预催化剂重构分析。

经测试，重构后催化剂表现出优异的OER电催化活性（166 mV@10 mA cm^-2）以及稳定性（800 h@200 mA cm^-2）。

图2. 催化剂电化学测试。

通过原位拉曼，在1067.33 cm^-1峰处检测到的O₂^2-物种证明了反应路径的转变（由AEM转变为LOM，从而提高了OER性能。同时，DFT模拟计算进一步证明硫物种的引入有利于触发LOM机制，从而提高反应活性。

图3. 反应机制分析。

将催化剂与Pt/C组装合成了AEM商业电解槽。经测试，该装置在室温下表现出优异的性能（3.70 kW h @ 200 mA cm^-2），并优于商用RuO₂||Pt/C组件（4.79 kW h @ 200 mA cm^-2）。

图4. AEM商业电解槽测试。

总结与展望

本文提出了硫辅助策略用于促进过渡金属钼酸盐的快速、深度重构。经测试，重构后催化剂表现出优异的OER电催化活性（166 mV@10 mA cm^-2）。该工作为促进预催化剂重构，合成高效OER催化剂提供了参考。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Sulfur-facilitated in situ deep reconstruction of transition metal molybdates toward superior electrocatalytic oxidation of alkaline seawater

Zhan Zhao, Shiyu Qin, Xiang Li, Jianpeng Sun, Zizhen Li, Xiangchao Meng*

Chem Catal., 2024, DOI: 10.1016/j.checat.2024.101144

研究团队简介

通讯作者：孟祥超 教授 中国海洋大学化学化工学院教授、博士生导师。本科毕业于中国海洋大学，硕士和博士毕业于加拿大渥太华大学。之后，以博士后的身份在加拿大滑铁卢大学从事研究工作。2019年全职加入中国海洋大学。主要研究方向：光电催化裂解海水制氢；光催化/电催化CO₂还原、固氮及新型光电催化反应器设计及开发。在光电催化领域发表学术论文60余篇。 

课题组主页：

https://www.x-mol.com/groups/Meng_Xiangchao 

赵展 中国海洋大学化学化工学院在读博士生。研究方向为新型电催化裂解海水制氢催化剂的设计与合成。

（本稿件来自Cell Press）