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掺铒电催化剂增强酸性环境中的氧气析出反应

2024-09-14 10:53:39 生活来源：

导读一组研究人员开发出了一种电催化剂，有望显著提高酸性环境中氧气析出反应 (OER) 的效率和稳定性。通过将稀土元素铒 (Er) 添加到常用的...

一组研究人员开发出了一种电催化剂，有望显著提高酸性环境中氧气析出反应 (OER) 的效率和稳定性。通过将稀土元素铒 (Er) 添加到常用的氧化钴 (Co 3 O 4 ) 催化剂中，该团队展示了一种新的、经济高效的解决方案，其性能超越了许多不含贵金属的催化剂，为更昂贵的贵金属催化剂提供了一种替代方案。

研究结果的详细内容发表在《A Catalysis》杂志上，该研究还被选为该杂志的“编辑选择奖”。

氧气释放反应是水分解和能量转换中的关键过程，需要坚固高效的催化剂，尤其是在酸性条件下。传统上，钴基催化剂由于其尖晶石晶体结构而表现出中等性能，可提供稳定性和催化活性。然而，将 Er 引入 Co 3 O 4催化剂标志着一次重大飞跃。

“我们的研究表明，通过将少量铒掺杂到 Co3O4 中，我们可以提高催化剂的活性和稳定性，”日本东北大学高级材料研究中心(WPI-AIMR)的 JSPS 博士后研究员、论文共同作者王天一说道。

“我们开发的掺 Er 4% 的 Co 3 O 4催化剂在 10 mA cm 2电流下实现了令人印象深刻的过电位，仅为 321 mV ，并且能保持稳定性超过 250 小时。这种性能可与更昂贵的铱基催化剂相媲美，在某些情况下甚至更好。”

该团队采用了先进的技术，例如微动力学建模和密度泛函理论 (DFT) 计算，以了解这种掺杂催化剂为何性能如此出色。Er 的加入导致晶体结构中形成更多的活性位点和缺陷，从而增加了 Co 3+与 Co 2+离子的比例。这种转变在产生氧空位方面起着关键作用，这对于加速 OER 过程至关重要。

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