近日，深圳大学化学与环境工程学院何传新教授课题组在《Angew. Chem. Int. Ed.》（影响因子16.823，中科院JCR 1区，Top期刊）上发表了题为《Unlocking the Transition of Electrochemical Water Oxidation Mechanism Induced by Heteroatom Doping》的研究论文。该团队李轩博士生为第一作者，何传新教授和胡琪副教授为通讯作者，深圳大学为通讯单位。
杂原子掺杂已经成为提升电催化剂的OER活性的一种高效策略。目前广泛认为，掺杂不会将OER机制从吸附演化机制(AEM)转变为晶格氧介导机制(LOM)，其活性的增强主要归因于氧中间体结合能的优化。然而，大部分掺杂类型的OER电催化剂的过电位小于300 mV，这与AEM机制中的理论极限电位(370 mV)的事实不一致。另外，OER也可通过LOM机制进行，其中金属氧化物或氢氧化物中的晶格氧原子被激活并释放以产生O2。由于缺乏*OOH中间体，故而OER的过电位不受线性关系的制约。考虑到杂原子掺杂调整了金属的电子结构，进而调整了金属的d带中心，似乎杂原子掺杂有可能改变OER的反应机制，从而越过线性关系的理论关系。然而，掺杂是否改变OER机制仍然是未知的问题。
深圳大学何传新团队通过P掺杂诱导NiFeOx的OER活性的显著增强现象成功揭示了OER机制从AEM到LOM的转变。研究表明，P掺杂诱导了晶格应变的形成，促进了NiO向NiOOH的重构。同时，密度泛函理论证实，P掺杂也可以显著增强原位生成NiOOH的金属-氧共价性，从而激活晶格氧，触发LOM机制。电化学化学探针实验证明了P掺杂后，OER机制受到了晶格氧的严重制约。因此，掺P的1D NiFeOx打破了AEM机制中的线性关系，实现了237 mV的OER过电位(1 M KOH)。令人印象深刻的是，在S掺杂的1D NiFeOx上也观察到这种机制转变，因此，这种转变可能是杂原子掺杂的OER电催化剂的普遍现象。本文所证明的OER机制转变为开发打破固有线性关系的掺杂类OER电催化剂提供了重要的指导和新的设计概念。
该研究成果得到国家自然科学基金联合重点项目、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划等项目资金支持。
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