钴氧氢氧化物边缘的光触发氧化还原活性，实现更高效的水氧化反应

《Nature Communications》：Light-triggered oxygen redox activity at the edge of cobalt oxyhydroxide for superior water oxidation

　　

摘要

将氧氧化还原化学引入钴羟氧化物中，可通过实现直接的O-O键合来有效提升催化活性，从而绕过传统吸附剂演化机制中的限速步骤^*OOH步骤。然而，关键挑战在于在保持钴与氧的共价键的同时，仍能维持非键合氧态的存在。本研究发现，光照可触发经硫处理的钴羟氧化物（S-CoOOH）中配体到金属的电荷转移，从而产生非键合氧态。这些氧态随后与相邻氧态结合，形成直接的O-O键。通过这种方式，经硫处理的样品在光照条件下表现出更强的氧还原反应活性，在10?mA?cm^?2的电流密度下，其过电位为194?±?3?mV，比在黑暗条件下的过电位低41?mV。进一步分析表明，光照诱导的氧氧化还原活性仅局限于催化剂的边缘区域。这种活性源于高自旋态的Co³⁺在催化剂边缘所驱动的电子从(M-O)轨道向Co 3d和4p轨道的非重叠区域的跃迁。这项研究强调了光照在诱导过渡金属基催化剂中产生非键合氧态方面的关键作用，并为氧氧化还原电催化剂的开发提供了指导。