在亞納米尺度上揭示構效關系是催化科學領域的一項關鍵挑戰。在電催化反應的過程中,因為催化劑的動態結構演變導致晶體和電子自由度之間的相互聯系非常模糊,這掩蓋了催化活性的根源。
有鑒于此,北京科技大學張躍教授、康卓教授等報道追蹤了Ni模型預催化劑,包括Ni(OH)2、NiS2、NiSe2、NiTe的結構演變,并且通過原位表征技術和DFT理論計算詳細研究在水氧化過程的催化活性狀態。
本文要點:
(1)
揭示了在重構的活性相NiOOH中,NiO6單元存在亞納米級的結構差異,這種差異在空間和時間尺度上受到預催化劑的幾何結構(鍵長)和電子結構(共價性)共同決定,并且具有規則的結構畸變。
這些對稱性被破壞的活性單元導致NiOOH的p軌道和d軌道的微妙平衡,因此調控催化中間體的構型和反應機理,從而提高催化性能。
(2)
這項工作從亞納米尺度認識活性相的精細結構差異,而且定量解釋了這些亞納米結構的差異對催化活性的影響。這項研究結果對活性結構進行進行對稱性的工程設計,為高效催化材料的設計提供了一個更為直觀的策略。
參考文獻
Sun, Y., Xie, Y., Chen, X. et al. Updating the sub-nanometric cognition of reconstructed oxyhydroxide active phase for water oxidation. Nat Commun 16, 3073 (2025).
DOI: 10.1038/s41467-025-58424-y
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58424-y