第一作者：Hong Nhan Nong, Lorenz J. Falling
通訊作者：Travis E. Jones，Detre Teschner
通訊單位：德國馬普所
研究亮點：
1. 發現所施加的偏壓并不直接作用于OER反應，而是通過電荷在催化劑中的積累影響電催化產生的電流。
2. 發現隨著存儲的氧化電荷量的增加，活化自由能呈線性降低。
在當今能源領域，電催化OER不可或缺。
OER為可再生電能轉化為化學燃料提供了質子和電子，電催化劑通過促進所需的電子轉移以及化學鍵的形成和斷裂來加速反應。
不同的路，會有不同的風景。
OER反應發生的路徑不同，會導致復雜的電化學動力學，并以指數級的程度取決于過電勢，這對于理解和控制OER反應的性能帶來了挑戰。
研究表明，當所施加的偏壓按照巴特勒-沃爾默理論（主要考慮電子轉移）推動反應進行時，尚可以使用Tafel來進行理解和分析。然而，在偏壓作用下，催化劑表面所帶的電荷也會影響化學鍵的形成和斷裂，這對于電催化速率的影響尚未可知，Tafel也無法解釋清楚。
那么，到底是誰決定了OER性能？
有鑒于此，德國馬普所Travis E. Jones和Detre Teschner等人系統研究了電催化OER過程中偏壓和化學的關鍵作用，解析了催化劑表面電荷對OER活性的影響，為OER機理開啟了新篇章。
圖1. IrOx/Ti-250°C電催化響應測試
圖2. 穩態條件下電荷儲存
研究人員以經典的IrOx作為OER電催化劑，通過的脈沖伏安法和X射線吸收光譜法分析發現：所施加的偏壓并不直接作用于OER反應，而是通過電荷在催化劑中的積累影響電催化產生的電流。
圖3. 表面pH-電荷相圖計算
從深層次的化學角度，這項研究為如何控制電催化OER速率在熱催化和電催化之間建立了基本的聯系，從而使傳統催化的工具和概念能夠應用于電催化。最關鍵的是，研究發現，隨著存儲的氧化電荷量的增加，活化自由能呈線性降低，這一線性關系是電催化性能的基礎，很大程度上決定了催化速率，而且可以通過測量和計算得出。
圖4. OER機理理論計算
圖5. IrO2電催化響應理論計算
總之，這些發現為更深入理解OER機制提供了新視角，將有助于更好地設計和改進具有更優異性能的OER電催化劑。
參考文獻：
HongNhan Nong et al. Key role of chemistry versus bias in electrocatalytic oxygenevolution. Nature 2020.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2908-2
