硫掺杂对析氧反应催化剂表面重构的影响

析氧反应(OER)是多种能源转换过程中的重要组成部分,例如电解水制氢、金属空气电池和二氧化碳还原等.然而,OER过程中缓慢反应动力学极大地限制了能量转换效率,因此需要高效的电催化剂来加快反应动力学.虽然贵金属基IrO2和RuO2是目前最有效的OER催化剂,但它们大规模应用受限于其高成本和储量稀缺.近些年来,过渡金属基电催化剂被广泛地用来替代贵金属基催化剂,例如过渡金属氧化物、硫化物、氮化物、氟化物、氢氧化物以及它们的复合物等[1～3].在OER过程中及外加电压的强氧化状态下,OER催化剂的表面会经历明显的物理化学性质(例如组分、结构)的改变,这不可避免地形成了新的重构表面.这种催化剂表面组分和结构的动态变化过程可形象地描述为"重构".因此,大多数的OER过渡金属基催化剂被归类为"预催化剂",而电化学诱导的表面重构后产生的新物种被广泛地认为是真正的活性物质[4].随着原位表征技术和理论计算的发展,表面重构行为中物相的动态演变过程和真实活性位点的鉴定等被广泛地研究.但对于完全理解表面重构行为,仍然有许多棘手的问题需要解决.例如,如何有效地降低表面重构的激活能垒?如何调控表面重构的重构水平?如何优化新重构物质的催化活性?探索这些问题对于完全理解表面重构机制和合理地设计OER催化剂具有重要意义.