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蘇黎世JACS：分解納米級鈷氧化物催化劑的析氧反應(yīng)：最強的性能，最小的努力

析氧反應(yīng)（OER）是人工光合作用的關(guān)鍵瓶頸步驟，也是可再生能源研究的重要課題。因此，對穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的水氧化催化劑（WOCs）的需求量很大，而鈷（Co）基納米材料是很有希望的目標(biāo)。

近日，瑞士蘇黎世大學(xué)Greta R. Patzke（通訊作者）等人報道了他們解決了鈷（Co）輔助可見光驅(qū)動的水氧化的兩個關(guān)鍵的開放性問題：是什么使簡單的Co基沉淀物具有如此高的活性，以及我們在多大程度上需要Co-WOC設(shè)計？

作者從Co(NO₃)₂開始生成前體沉淀物，該沉淀物在光催化過程中轉(zhuǎn)化為高活性WOC，采用優(yōu)于最先進Co催化劑的[Ru(bpy)₃]²⁺/S₂O₈^2-/硼酸鹽緩沖標(biāo)準(zhǔn)分析。通過多種表征技術(shù)進行監(jiān)測這些納米Co催化劑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

結(jié)果表明，沉淀后的催化劑沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)的CoO_x材料，但具有一些結(jié)晶特征。從沉淀到無序Co₃O₄材料的轉(zhuǎn)變在約1 min內(nèi)進行，隨后在前10 min內(nèi)進一步轉(zhuǎn)化為高活性無序CoOOH。

在非催化條件下，前體直接轉(zhuǎn)化為CoOOH。此外，快速沉淀和分離提供了一種高活性的前催化劑，在可見光驅(qū)動的[Ru(bpy)₃]²⁺/S₂O₈^2-分析中，水氧化的O₂產(chǎn)率高達91%，優(yōu)于各種精心設(shè)計的含鈷WOCs。

因此，作者證明了高性能Co基OER催化劑確實可以輕松地從有利于在所有八面體環(huán)境中形成Co(III)中心的自優(yōu)化過程中脫穎而出，從而為新的低成本維護流體化學(xué)OER工藝鋪平了道路。

Unraveling Nanoscale Cobalt Oxide Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction: Maximum Performance, Minimum Effort. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c03375.

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03375.

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