CeO2/CoP异质结构通过晶格氧机制强化电子迁移实现高效水氧化

本研究针对OER（氧析出反应）中吸附演化机制（AEM）的过电位限制问题，通过构建CeO2/CoP异质结构激活晶格氧机制（LOM），实现225 mV@10 mA cm?2的低过电位和72小时稳定性，为双功能电解水催化剂设计提供新策略。

　　

随着全球对清洁能源需求的激增，电化学水分解技术（EWS）因其环境友好特性备受关注。然而，氧析出反应（OER）作为其核心半反应，受限于吸附演化机制（AEM）中*O→*OOH转化的高过电位（理论极限370 mV），而晶格氧机制（LOM）虽能绕过此限制，却面临金属-氧（M?O）键电子转移导致的结构失稳难题。

针对这一挑战，来自中国国家自然科学基金委和黑龙江省优秀青年基金支持的研究团队，创新性地将二氧化铈（CeO₂）与磷化钴（CoP）结合，在《Materials Today》发表了突破性成果。研究人员通过气相沉积法制备了具有丰富氧空位的叶片状CeO₂/CoP异质结构，利用Ce 4f轨道的电子缓冲能力与Co-P强共价键的协同作用，实现了LOM路径的高效稳定运行。

关键技术包括：1）气相沉积构建异质界面；2）同步辐射X射线吸收谱（XAS）表征电子结构；3）密度泛函理论（DFT）计算反应能垒；4）电化学原位拉曼监测表面重构过程。

结构表征揭示设计优势
通过X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）证实异质结构的成功构建，X射线光电子能谱（XPS）显示CoP中P^δ-的电子给体特性使Co原子呈现富电子态，而Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对通过界面电荷重分布优化了d带中心位置。

性能突破与机制解析
电化学测试显示催化剂在10 mA cm^?2电流密度下OER过电位仅225 mV，且全水解槽仅需1.54 V电压。原位表征发现CeO₂先吸收CoP电子促进表面重构为CoOOH，随后通过Ce-O-Co界面从Ce 4f轨道获取电子，避免了传统LOM中M?O键的电子损耗。DFT计算证实界面处*O→*OOH转化能垒比AEM路径降低1.8 eV。

结论与展望
该研究开创性地提出"电子缓冲金属物种"策略，通过CeO₂的4f轨道动态调控电子转移方向，解决了LOM催化剂的稳定性瓶颈。其意义在于：1）为突破OER理论过电位限制提供新范式；2）阐明了稀土-过渡金属界面电荷转移规律；3）开发的叶片状异质结构为工业电解槽设计提供材料基础。这项工作将推动非贵金属双功能催化剂在绿色制氢领域的实际应用。