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析氧反应(OER)是电催化水分解制氢过程中的限速步骤。钙钛矿氧化物作为一种极具潜力的OER催化剂，其在原位阳极氧化电位下往往会发生动态表面重构，增加真实电化学活性面积，形成反应活性位。与此同时，原位析出，作为一种高效的“金属-氧化物”催化表界面构筑策略，可以高效地构建高分散、高稳定的催化活性位点，但目前关于该材料设计策略如何影响OER催化剂的真实催化活性表面积等关键问题，尚未见详细报道。基于此，厦门大学孙毅飞团队联合英国利物浦大学屠昕团队通过精细调控材料缺陷结构和原位析出条件，将Ir均匀掺杂的钴酸盐前驱体在非电化学原位条件下重构为Ir/CoO/钙钛矿异质结(SCI-350)，并同时实现了电化学表面积指数增大：从3.3 mF cm-2增加到175.5 mF cm2。SCI-350电催化剂在1M KOH溶液中具有较低的过电位240 mV (在10 mA cm-2的电流密度下)和较快的OER反应动力学。此外，SCI-350电催化剂在500 mA cm-2的零间隙碱性电解池电流密度下表现出150
h的长期稳定性。 结合密度泛函理论计算(DFT)，X射线谱学和18O同位素标记实验，研究者证实了SCI-350具有较快的氧交换动力学和强化金属-氧共价性。该特质共同诱导晶格氧氧化的OER反应机制。这项工作为开发实用高效的水氧化催化剂或其他涉及金属和晶格氧的多相催化提供了新的思路。图1. a. 催化剂制备示意图;(b) 各种电催化剂的XRD谱图; (c-d)SCI和SCI-350的Co 2p和Ir 4f XPS图谱;（e） Ir箔、IrO2、SCI和SCI-350在Ir LIII边缘测量的XANES光谱；(f) SCI和SCI-350的k3加权Ir LIII边缘EXAFS光谱；(g-h)SCI-350的高分辨透射电镜；(i)SCI-350的高角环形暗场像-扫描透射电子显微镜和EDX映射图像图2. (a)1M KOH电解质中各种电催化剂的LSV曲线；(b)具有代表性的Ir基氧化物电催化剂的单位Ir质量活性比较(电催化剂测试的电解液为1M KOH或者0.1M KOH，具体符号如图所示)；(c) Tafel斜率图. (d)总电荷转移电阻(Rtotal)与不同电位的关系图；(e) 在1.6V vs. RHE时的EIS-Bode图; (f)根据脉冲伏安法绘制的Q vs. E和J vs. E图；(g)SCI-350和SCI两者赝电容与双层电容的比较图3. (a-b)SCI和SCI-350分别通过AEM和LOM路径的吉布斯自由能图；(c)SCI和SCI-350的部分电子态密度(PDOS)；(d) SCI和SCI-350的金属3d轨道与O 2p轨道距离和(e)O 2p中心位置图孙毅飞，厦门大学副教授、特任研究员，获厦门大学南强拔尖青年计划支持。主持国家/省自然科学面上、青年基金等共计6项。其中以第一作者/通讯作者(第一完成单位)身份在 PNAS、Nat. Catal.、Nano Lett.、Adv. Func. Mater. 、ACS Catal. 、ACS Energy Lett.等发表高水平论文近30篇。现担任Chinese Chemical
Letters 等期刊青年编委。获 Nanoscale
2022 Emerging Investigator等；获福建省引进高层次人才计划、江苏省崇本科技领军人才计划等支持，课题组长期招收博士后。课题主页：http://yfsunlab.xmu.edu.cn/。全文链接：: https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05684加微信群方式：添加编辑微信18065920782，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR