本工作聚焦水氧化反应的多变价动力学问题,以三联吡啶钌作为染料分子构建光敏化水氧化体系,选用四氧化三钴作为模型催化剂,利用Slow-TAS技术直接研究OER反应动力学。研究发现,表面四配位Co2+位点的快速氧化启动OER反应,随后表面四配位Co2+和六配位Co3+共同作为活性位点催化多步多中心的OER反应。团队进一步揭示了Co3O4上OER过程的多步连续变价动力学机制,Co2+→Co3+→Co4+的多步动力学转化特征是所有钴中间物种都呈现快生成、慢转化的动力学特征。由于这一特征,Co4+中间物种的分布在OER活性中起决定性作用,是整体OER动力学缓慢的本质原因。该工作揭示了人工OER催化剂上多中心多变价的催化循环机制,为深入认识OER反应机理和设计高效人工OER催化剂提供了实验基础和理论支撑。
相关研究成果以“Unraveling Sequential Oxidation Kinetics and Determining Roles of Multi-Cobalt Active Sites on Co3O4 Catalyst for Water Oxidation”为题,于近日发表在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)上。该工作的第一作者是我所与兰州大学联合培养博士生康婉超。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心、我所创新基金等项目的支持。(文/图 康婉超)
文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11508
文献来源:大连化物所
李灿,男,汉族,1960年1月生于甘肃省。理学博士,中国科学院大连化学物理研究所研究员,博士生导师。2003年当选中国科学院院士,2005年当选第三世界科学院院士,2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士、英国皇家化学学会会士。任中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室(筹)主任,中法催化联合实验室中方主任,英国石油公司与中国科学院大连化学物理研究所能源创新实验室主任,兼任中国科学技术大学材料与化学学院院长。主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究,研制了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪。