3)是光电化学(PEC)水分解电解池中常用的OER反应催化剂。然而,Fe2332-水界面的性质和提出水氧化的反应机理具有重要意义。反应中间体是研究反应机理的关键,但在反应条件下,由于界面复杂性较高,其很难识别。理论模拟可以在原子水平上提供反应机理的细节,并且一些中间体在水(光)氧化过程中是必不可少的,例如,*OH、Fe=O和O-O物种涉及晶格Os3-水界面的结构或采用经典的四步PCET机制来研究水(光)氧化过程中限制了对各种中间体的观察。(0001)表面上的详细反应机理。非溶剂化表面上的机理包括十个反应步骤,即四个电化学步骤和六个非电化学步骤,其最高热力学能垒为2.10 eV。在这个机理中,如果在反应过程中不能及时得到水溶剂,倾斜的Fe基和被吸附的第二个水分子被认为是OER的关键中间体。从倾斜的Fe基团形成类过氧化物(被吸附的和表面晶格氧之间的O-Os键)需要0.83 eV的动力学活化能,这使得在PEC水氧化条件下观察到Fe基团聚集的实验结果合理化。此外,通过吸附的第二个水分子重组形成*OOH物种,需要较高的动力学活化能(1.04 eV)。摘要:3)是光电化学(PEC)水分解电解池中常用的OER反应催化剂。然而,Fe2332-水界面的性质和提出水氧化的反应机理具有重要意义。反应中间体是研究反应机理的关键,但在反应条件下,由于界面复杂性较高,其很难识别。理论模拟可以在原子水平上提供反应机理的细节,并且一
另一方面,水溶剂改变了溶剂化表面的OER机理,水溶剂不仅在开始时参与OER,而且还有助于形成一些亚稳定的物种,如被吸附的第一个水分子和*OOH物种。在这个机理中,双羟基可以被认为是关键的中间体。通过重组双羟基来形成*OOH物种需要较低的动力学活化能(0.63 eV)。因此,溶剂化表面上的机制可能比非溶剂化表面上的机制更容易进行。
然而,模拟表明,超氧类物种和吸附的O2分子都是疏水性的,这阻止了溶剂水分子接近表面,从而使在实际反应条件下非溶剂化表面的机理成为可能。因此,可以推测表面O232分子的及时去除不仅暴露了更多的表面反应位点,而且通过改善表面亲水性改变了反应机理。Identifying key intermediates for the oxygen evolution reaction on hematite using ab-initio molecular dynamics. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-54796-9来源:华算科技
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