電位誘導的電極充電是在電極-電解質界面引發電化學反應的前提條件。“界面空間電荷”能夠極大地改變反應環境以及活性位點的電荷密度,而這兩者都有可能影響電化學活性。但是,目前人們對于空間電荷在電催化中所起作用的研究和認識并不充分。
有鑒于此,浦項科技大學Chang Hyuck Choi教授、韓國科學技術院(KAIST)Hyungjun Kim教授等報道利用MeNC(金屬-氮-碳)獨特的結構特征,在將氧還原反應(ORR)的電化學勢維持在同一水平的同時,分別調節空間電荷的數量(以面密度σ來表征)。
本文要點:
(1)
研究發現,面密度σ的變化能夠控制ORR反應的活性,計算結果表明,通過活性位點的電荷密度的感應極化能夠起到影響,這種感應極化可能影響活性位點的轉換速率。
(2)
為了在催化劑設計中考慮空間電荷效應,提出了一個新型描述符,通過單一“火山圖”解釋各種金屬中心和不同pH的活性變化趨勢。
這項發現為深入理解空間電荷在電催化中的作用提供了新的視角,并且為優化催化劑的設計和性能提供一個新框架。
參考文獻
Hansol Choi, Seung-Jae Shin, Geunsu Bae, Junsic Cho, Man Ho Han, Moulay Tahar Sougrati, Frédéric Jaouen, Kug-Seung Lee, Hyung-Suk Oh, Hyungjun Kim*, and Chang Hyuck Choi*, Space Charge, Modulating the Catalytic Activity of Single-Atom Metal Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c17413
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c17413