混合Co(III)/Co(IV)催化态协同增强CoNi氢氧化物纳米片中晶格氧活性以提升水电解性能

来自某研究团队的研究人员针对CoNi基电催化剂在阳极电位下动态重构导致活性位点模糊的问题，利用原位壳隔离纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）揭示了其表面结构演化机制。研究发现Ni掺杂促进层间物种脱嵌，加速表面CoOOH向CoO2转化，理论模拟证实混合价态钴可调控晶格氧反应活性，为设计高效电解水催化剂提供了新策略。

　　

钴镍基电催化剂在阳极电位下会发生动态重构现象，这使得水电解过程中的真实活性位点与反应机制难以明确。本研究采用原位壳隔离纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）技术，对比传统拉曼光谱，揭示了钴镍氢氧化物纳米片表面与亚表面/体相结构的差异。通过监测镍(III)-氧、钴(III)-氧和钴(IV)-氧的特征A₁g和E_g谱带随电位的变化，发现材料表面同时存在CoOOH和CoO₂相，而传统拉曼仅检测到CoO₂相。进一步通过A₁g/E_g强度比分析证实，CoOOH在氧析出反应（OER）过程中以近单层形式局限在最外层表面。镍掺杂可增强层间物种（水分子、阴离子）的脱嵌过程，从而加速表面CoOOH向CoO₂转化，这一现象与电化学阻抗谱结果一致。理论模拟表明，阳离子氧化态可调控晶格氧反应活性，且OER活性与氧空位形成能之间存在火山型关系。其中CoO₂和镍掺杂CoOOH表现出最低过电位，证明了混合Co(III)/Co(IV)表面态在提升电解水性能方面的显著优势。