原位观察到的局部结构畸变增强了赤铁矿中的太阳能水分解反应

《ACS Catalysis》：In Situ Observed Local Structural Distortions Boost Solar Water Splitting in Hematite

本研究利用在位同步辐射XAS技术，揭示α-Fe?O?光阳极中Fe-O键拉伸引发O 2p-Fe 3d轨道杂化增强，促进Fe?+活性位点形成及电荷转移，抑制表面复合，加速氧析出反应动力学。经与FeNiOOH催化剂耦合后，光电密度达4.32 mA/cm2，onset电位降至0.77 V（RHE），为高效光阳极设计提供新机制。

　　

尽管赤铁矿（α-Fe₂O₃）被认为是一种有前景的光电化学（PEC）水分解光阳极材料，但其实际应用受到固有低电荷传输效率和缓慢的氧进化反应（OER）动力学的限制。在这项研究中，利用原位同步辐射X射线吸收光谱（XAS）在光照条件下观察了Fe位点上的瞬态电子结构变化，并阐明了这些变化与Fe–O键伸缩之间的结构-活性关系。研究发现，Fe–O键伸缩引起的局部畸变增强了O 2p轨道和Fe 3d轨道的杂化，促进了电子转移，并有利于Fe⁴⁺活性位的形成。这种结构调制显著抑制了表面电荷复合，从而加速了OER动力学。利用这一机制，制备了一种In-Fe₂O₃（LV）光阳极，在1.23 V_RHE时实现了3.66 mA cm^–2的光电流密度，其起始电位负移至0.86 V_RHE。当与FeNiOOH共催化剂结合后，光电流密度进一步提高至4.32 mA cm^–2，起始电位降至0.77 V_RHE。本研究通过原子级原位表征系统地阐明了局部晶格畸变与增强OER性能之间的结构-活性关系，为高效光阳极的合理设计提供了实用的见解和策略。