在不同电子配置的MnOx中解开第一中间体的形成动力学
Ruifang Wei1,2, Dongfeng Li2,3, Panwang Zhou2
1School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China.
研究人员使用操作电化学瞬态吸收光谱学来解决氧化演变反应 (OER) 中的第一个中间物质 (*OH物种) 的动力学. 催化剂结构,特别是Mn3+O6八面对称,显著影响OH形成率和OER活性.
科学领域:
- 电催化
- 材料科学
- 物理化学
背景情况:
- 了解中间动力学对于优化电催化氧演化反应 (OER) 催化剂至关重要.
- 在OER中同时跟踪中间动力学和充电动力学仍然是一个重大挑战.
- 基于MnO的材料是OER的有希望的电催化剂.
研究的目的:
- 建立中间动力学,催化剂结构和OER活动之间的直接关系.
- 解决OER催化循环中的第一个中间体 (*OH物种) 的动力学.
- 阐明催化剂结构,特别是协调对称性在OER性能中的作用.
主要方法:
- 开发和应用自制的电化学瞬态吸收 (EC-TA) 光谱.
- 微动力学模拟用于验证实验结果.
- 基于MnOx的四种具有不同电子配置和协调对称性的催化剂的比较分析.
主要成果:
- 在OER循环中成功解决了OH物种形成的动力学.
- 确定质子转移是*OH形成的速度限制步骤.
- 证明OH形成率对Mn3+O6八面体的协调对称性有很强的依赖,D3d对称性与D4h相比增加了约100倍.
- 在OH形成率和OER的速度决定步骤 (RDS) 之间建立了正相关性.
结论:
- Mn3+O6八面体的协调对称性是控制OER动学的关键因素.
- 最初的反应速度,特别是OH中间体的形成,在整体OER性能中起着关键作用.
- 这项研究提供了OER动力机制的关键见解,指导了高效电催化剂的合理设计.
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