ChemSusChem：M4B6X6新型高效电催化剂家族——表面重构在水氧化中的作用

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澳门大学潘晖教授团队及合作者在ChemSusChem期刊发文，报道了一种基于试验设计的新型硼化物M4B6X6 (M = Cr, Mo, W; X = O, F)。作者通过DFT理论计算，预测了M4B6X6多样的结构和电学性质，并研究了表面重构前后的OER反应过程，丰富了催化剂的制备策略以及加深了对催化机理的认知。

电解水可以高效生产绿色能源氢气，可以用于应对当前的全球能源与环境危机，因而被广泛研究。然而在阳极发生的析氧反应 (OER)反应过程缓慢，严重影响反应速率。近年来的研究发现，析氧反应中催化剂表面的活性位点起着关键作用，决定了反应速率和动力学过程。有关表面重构的报道层出不穷，但有关表面重构对反应过程的影响的理论研究依然不足，导致研究者对机理的认识依然不够清晰。


基于最近Johanna等人的实验报道，澳门大学应用物理与材料工程研究院的潘晖教授与合作者通过第一性原理计算构建了硼化物M4B6X6结构。结果表明，11种M4B6X6 (M = Cr, Mo, W; X = O, F)可以在室温下稳定存在。其中氧化物为半导体，表现出优异的OER催化能力，其中Cr4B6O6的催化性能和羟基氧化物等优异的催化剂相近。研究表明，在吸附-释放机制(AEM)下，催化剂表面在吸附OH-的过程中会发生重构，M离子会突出表面产生自旋极化，导致结构转变为n型半导体，更有利于电荷转移与OH-的吸附。另外，M4B6F6没有OER性能，但当表面的一个F离子被替换为O原子之后，在M4B6F5O的表面可以发生类似于M4B6X6表面的重构，并可以发生共10步、释放两分子氧气的OER反应。该研究基于新材料研究了OER过程中催化剂表面重构如何影响催化性能，为未来制备高效催化剂的研究提供了新思路。

论文信息

M4B6X6 as a new family of high-efficient electrocatalysts: the role of surface reconstruction in water oxidization

Haoyun Bai, Shiying Shen, Feifei Li, Jiazhong Geng, Wenlin Feng, Hongchao Liu*, Weng Fai Ip, Yunhao Lu, and Hui Pan* 


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200280


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目前评论：1

    • Marvin 2025年05月29日 18时57分 [value:no/]层

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