绿色合成途径：协同作用的4f(Re)–3d(TM)异双金属CeCoCH纳米晶，用于高效的水分解应用

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Green Route to the Synthesis of Synergic 4f(Re)–3d(TM) Heterobimetallic CeCoCH Nanorice for Robust Industrially Relevant Water Splitting

过期药物宿主合成稀土-过渡金属复合催化剂调控电子结构及反应动力学，实现高效析氢与析氧反应。

　　

为了调控基于过渡金属（TM）的电催化反应，稀土（RE）元素已成为关键的促进剂；然而，关于稀土元素如何增强TM在水分解反应中的活性的研究仍然有限。在本研究中，我们使用过期的二甲双胍（MF）药物作为有机载体，合成了稀土-过渡金属碳酸氢盐（MF-CeCoCH），以探讨Ce元素在氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）中引发动力学变化的机制。Ce元素与MF-CeCoCH的结合增加了活性表面积，暴露出更多的活性位点，并调节了Co位点的电子分布，从而提高了催化剂的特异性活性。MF-CeCoCH表现出优异的催化性能和较高的耐久性。通过原位电化学阻抗谱（EIS）监测了催化反应的动力学特性，Arrhenius方程表明Ce元素结合后所需的活化能降低。掺杂后的双金属阳离子具有更低的活化能（E_a），这与其较高的催化活性相对应，同时位点的重构现象也较少发生。从Trumpet图得出的不同pH值下MF-CeCoCH的速率常数表明其能够有效产生气泡。基于MF-CeCoCH的碱性电解器和太阳能驱动电解器在1.58 V电压下实现了总水分解，产率为10 mA cm^–2。Ce元素的4f电子结构使其能够通过Ce-4f–Co-3d轨道耦合，对HER和OER过程进行精确调控：在HER过程中，保留的Ce-4f态促进了氢中间体的吸附；而在OER过程中，Ce-4f轨道被氧化，从而增强了与氧中间体的自旋耦合。