综述:异质结构催化剂界面效应对电催化析氧反应的调控机制

【字体: 时间:2025年06月29日 来源:Journal of Alloys and Compounds 5.8

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  这篇综述系统阐述了异质结构催化剂中界面效应(协同效应、晶格应变效应、内置电场BIEF)对电催化析氧反应(OER)的促进作用,揭示了通过电子结构重构、电荷转移动力学优化等机制突破单组分材料活性瓶颈的路径,为设计高效非贵金属(如过渡金属基)OER电催化剂提供了理论指导。

  

Mechanisms of oxygen evolution reaction
析氧反应(OER)作为四电子-质子耦合的复杂过程,其缓慢动力学导致实际所需过电位远高于理论值。该反应涉及O=O共价键形成及多步中间体吸附/脱附,是电解水制氢、锌空气电池等能源器件的关键瓶颈。异质结构催化剂通过界面电子再分布可优化d带中心位置,从而调控*OOH/*O等中间体吸附能,显著降低反应能垒。

Preparation methods of heterostructured catalysts
异质结构的构建方法涵盖原子层沉积(ALD)等自下而上策略,以及剥离重组等自上而下路径。例如,通过外延生长在NiFe-LDH表面构建CoP异质界面,可诱导界面处Fe3+的局域电子缺失,形成高活性Fe4+位点。

Interfacial effects for boosting electrocatalytic oxygen evolution reaction
界面效应通过三重机制提升OER性能:

  1. 协同效应:如Ni3S2/MoS2界面中,Mo位点促进H2O解离,而Ni位点加速*OH脱附;
  2. 晶格应变:Co3O4/CeO2界面因晶格失配产生压缩应变,使Co-O键长缩短0.2?,优化*O吸附自由能;
  3. 内置电场(BIEF):在FeNi3N/Ni异质结中,1.8 eV的功函数差驱动电子从Ni向FeNi3N转移,形成加速电荷传输的界面电场。

Conclusion and perspectives
未来需解决界面动态演化过程的原位表征难题,并开发机器学习辅助的界面设计策略。通过耦合相工程与缺陷工程,构建具有梯度氧空位的Mo-doped Co9S8/Ni3S2异质结构,或可实现接近贵金属IrO2的OER活性。

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