解耦电子转移为氧释放催化作用提供了一个定量的动力学框架

《Nature Communications》：Decoupling electron transfer defines a quantitative kinetic framework for oxygen evolution catalysis

　　

摘要

氧气的产生反应是许多能量转换技术的基础，但其性能受到催化剂表面缓慢反应动力学的基本限制。目前的催化剂设计主要基于经验，因为大多数策略是将整体结构特征与总体活性相关联，而不是解析基本反应步骤的内在动力学。在这里，我们展示了开路电压-脉冲伏安法可以定量确定*OOH的形成速率，这是氧气产生过程中的一个决定性步骤。与传统电化学技术不同，该方法通过中断电子从电催化剂向外部电路的转移来隔离与*OOH形成相关的电子转移，同时保持来自氢氧根离子的电子供应。将这一特征与用于量化*OH脱质子化动力学的脉冲伏安法相结合，可以形成一个统一的、步骤分辨的动力学框架，揭示不同掺杂剂如何选择性地加速*OOH的形成或*OH的脱质子化。铁（Fe）主要促进*OOH的形成，而锰（Mn）则选择性地促进*OH的脱质子化。基于这些见解，合理设计的NiFeMn催化剂同时增强了这两个过程，从而提高了氧气的产生性能。这种方法为量化基本反应动力学和加速高性能电催化剂的发现提供了一种实用手段。