OER催化劑“表面重構”：基本概念及進展！

表面重構是指在催化劑或材料表面發(fā)生結(jié)構變化的過程。在催化反應中，表面重構可以導致催化劑的活性和選擇性發(fā)生變化，從而影響反應的效率和產(chǎn)物分布。表面重構通常發(fā)生在高溫、高壓或反應條件下，其中包括吸附、解離、擴散和重新組合等過程。這些過程可以導致表面原子重新排列，形成新的晶體結(jié)構或表面相。表面重構的機制和過程取決于催化劑的組成、形貌和反應條件等因素。

表面重構對催化反應有重要影響：首先，表面重構可以改變催化劑的活性位點分布和表面能量，從而調(diào)控反應的速率和選擇性。其次，表面重構可以改變催化劑與反應物之間的相互作用，影響吸附、解離和擴散等反應步驟的速率和能壘。此外，表面重構還可以調(diào)控催化劑的穩(wěn)定性和壽命。因此，理解和控制表面重構對于設計高效催化劑和優(yōu)化催化反應至關重要。通過研究表面重構的機制和動力學過程，可以揭示催化劑表面的結(jié)構-活性關系，并為催化劑的設計和合成提供指導。此外，通過調(diào)控反應條件和催化劑的組成，可以實現(xiàn)對表面重構的控制，從而優(yōu)化催化反應的效率和選擇！

電化學水分解是一種生產(chǎn)高純度氫氣的有效途徑。然而，在陽極半反應中，由于多步質(zhì)子/電子耦合，析氧反應(OER)比陰極析氫反應(HER)需要更大的過電位，這阻礙了能量的有效轉(zhuǎn)化。其中，RuO2和IrO2等貴金屬催化劑能夠顯著降低OER的過電位，但其昂貴的價格和稀缺的儲量嚴重限制了它們的大規(guī)模工業(yè)應用。

在眾多貴金屬催化劑替代品中，過渡金屬基電催化劑由于其價廉、儲量豐富等優(yōu)點而得到了廣泛的研究。其中，過渡金屬氟化物中的F具有很大的電負性，可以將金屬中心的價態(tài)推向非常高，這有助于輔助催化劑表面重構、形成非晶結(jié)構等。因此，氟化物可能是OER的有效催化劑，但目前文獻中很少有關其的報道。

近日，武漢大學趙蘋蘋和程功臻等設計并制備了一種結(jié)晶性良好的NiCo雙金屬氟化物(Ni0.42Co0.58F2-G)，并研究了其在電化學過程中的重構現(xiàn)象。具體而言，研究人員首先采用固液交換法合成了具有較大比表面積的NiCo基納米陣列A-Ni-MeIM-Co-0.01前體，再通過一步氣相氟化法將其轉(zhuǎn)化為具有較高電化學活性表面積的NiCo雙金屬氟化物Ni0.42Co0.58F2-G。

與傳統(tǒng)的液相合成方法相比，氣相氟化法生產(chǎn)的氟化物具有更高的結(jié)晶度；同時，雙金屬中心電子結(jié)構的調(diào)控在電化學過程中促進了高效的表面重構以及重構過程中F的遷移導致更多電化學活性位點的暴露。這不僅使Ni0.42Co0.58F2-G具有優(yōu)異的電化學性能，而且保證了其電化學穩(wěn)定性。

電化學性能測試結(jié)果顯示，所制備的Ni0.42Co0.58F2-G催化劑在10 mA cm?2電流密度下的OER過電位僅為313 mV，Tafel斜率為42.5 mV dec?1；并且，該催化劑在10000次CV循環(huán)后活性仍保持穩(wěn)定，表明其具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

此外，理論計算表明，雙金屬中心的構建可以誘導電荷重新分布并產(chǎn)生更高價金屬位點，從而優(yōu)化關鍵反應中間體的吸附，降低反應能壘，顯著提高OER活性。綜上，該項工作詳細研究了F和雙金屬中心在提升催化劑OER活性中的作用，這對于設計和制備高效的電化學表面重構電催化劑具有一定的指導意義。