一个国际研究小组开发了一种新方法，可以提高析氧反应(OER)的效率，这是可再生能源技术的关键过程。通过将稀土单原子引入氧化锰(MnO2)，该小组成功地调制了氧电子态，从而使OER性能得到了前所未有的改善。
他们的研究结果发表在《纳米能源》杂志上。
过渡金属基氧化物作为活性OER催化剂的潜力已被广泛探索。然而，这些催化剂的性能受到吸附物演化机制的阻碍，限制了反应过程中氧(O2)的有效释放。
“我们在MnO2上构建了局部不对称的钆-氧-锰单元，这有助于在氧位点积累电子，”该论文的通讯作者、东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)副教授李浩说。
“通过这样做，催化剂实现了较低的过电位，并随着时间的推移保持稳定性，使其成为二氧化钌(RuO2)等传统催化剂的合适替代品。”
李浩和他的同事采用氩等离子体辅助策略在催化剂表面引入稀土元素。在这种策略中，氩气被电离，激发并帮助将氩原子分解成离子和电子，从而使其更容易与材料相互作用和修饰。
“我们已经解决了与吸附质演化机制相关的挑战，这些机制限制了过渡金属基氧化物(如MnO2)的性能，”该研究的合著者、WPI-AIMR特别任命助理教授张迪补充道。
“通过提高对晶格氧机制下结构-活性关系的理解，本研究为更有效的催化剂设计提供了基础。”
在这项研究成功的基础上，该小组计划将他们的方法扩展到各种电化学反应。这种方法将有助于进一步破译独特的结构-活性相关性，最终有助于设计更有效和高性能的电催化剂。
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