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填坑!OER的初部曲!(下)

2019-08-20 16:10 作者:我我我SsssssQ  | 我要投稿

类似的文章有点多,随机选了两篇角度的来看。

原位试验得出的价键、活性位点机理

是之前的这篇文章。在后面的内容中,介绍了各位大佬们利用原位实验来研究催化剂对OER的作用机理。列举了原位实验种类,也顺带简单介绍了下作用机理。

位试验进行的反应因为是在实际条件下进行的反应,所以能提供反应的实际有效相位上的信息,常被用于催化或是反应机理的研究。

DOI:10.1039/C6CS00328A

1.衰减全反射(ATR)研究法:

用傅立叶变换红外光谱仪器内配备的衰减全反射(ATR)来研究材料的表面反应。在碱性水溶液(pH≈8.5)的环境中,用该技术研究Co3O4表面的反应。Co3O4在FTIR快速扫描中显示出了两种不同的状态,经过分析,该两种状态对应着析氧的快慢两种不同的可能

先在快速扫描FTIR实验中,可能观察到[Co(III)-(00)-Co(III)]与Co(IV)=0的两种明显不同的带状特征,分别对应1013 / cm与840 / cm的两种带强。再用来自二价阳离子的[Ru(bpy)3]将激光射线注入中间物的,使氧原子转换为其同位氧原子。1030段的强度转移到了995 / cm18O16O和18O18O)在随后的检测中,也检测到生成的36O2和34O2氧气分子。因此,[Co(III)-(00)-Co(III)]被认为是氧气释放过程的快速催化过程。而在840 / cm在脉冲下没有同位素的转移效应,所以这条带被认为是Co3O4晶格氧的拉升状态,并非反应过程中的中间产物。因为这条带与第一次激光脉冲过后的氧演化无关,所以被认为是具有较慢水氧化的一种状态。

2.拉曼光谱研究法:

Louie等人用拉曼光谱原位实验法研究的Ni-Fe氧化物的Ni薄膜新、老程度不同而产生不同的OER催化效果是因为NiOOH的γ相位向β相位转换而产生的影响。随后又用该方法研究了Ni–Bi 和 Ni(Fe)(OH2)/Ni(Fe)OOH 的电化学行为,发现在催化过程中两者的结构和电化学行为特别的相似。原位拉曼在该过程中出现了1200~1400的两条峰,表明在实验过程中所添加的硼酸根阴离子在该反应中对活性位点起到了抑制作用。当增加溶液的pH值时,该抑制现象有所减弱。减弱之后的原为拉曼宽带出现在900~1150范围之内。此时活性氧的种类得到了改变,这种活性位点可能是过氧化氢镍或是超氧化镍。

3.表面询问电化学显微镜法(SI-SECM)

面询问电化学显微镜法依靠每次测量提供的氧化还原电位窗口来研究样品中单个阳离子随时间变化的机制,检测其作用时间。就有大佬用这种方法来研究Co-P中三价和四价钴的催化作用时间,来检测引入铁原子的NiFeOOH的活性位点数。

在Co-P等钴基催化剂中,四价的钴往往被认为时OER快速进行的关键,在钴、磷化合物中,四价钴的存在时间是0.4s,短于三价钴3.6s的存在时间。但相比于其他,这3.6s仍然很短,所以就预测,这三价钴对OER的活性也起着正催化作用;当NiOOH中引入了Fe之后,在形成了NiFeOOH的同时,也引入了Fe的相应活性位点数,再利用表面询问电化学显微镜法来检测Ni1-xFexOOH的活性位点数,发现存在着92个活性位点。这一数量Fe原子上活性位点数相同,所以也可知Fe也是OER催化中的快速活性位点。

4.穆斯堡尔光谱法:

姓中国科学家用穆斯堡尔光谱法对Ni1-xFexOOH和FeOOH催化效应的另外一种解释:在Ni1-xFexOOH催化中存在着三价和四价铁离子混合态,而三价铁离子仅仅存在于FeOOH中;但是四价铁离子在实际催化反应中并不起到任何效果,因为四价铁的产生是出现在高于OER的实际反应电位(1.49V),在1.62V时才产生的。

5.X射线光谱学法:

用X射线光谱法,可以让我们从材料自身的角度认识到电催化剂的演化过程。

在高pHTIAOJIANXIA1,CoO与四氧化三钴将会相变为有着最主要催化作用的CoOOH;而在非碱性的中性条件下钴的氧化物却转换为了非晶态的CoOx(OH)y,而不是CoOOH。有一点比较值得注意,当使用Co3O4、CoO、ε-Co来作为OER催化剂的时候,他们都展现出了相似的OER过电位,并且在给予他们三者不同的初始状态时,这些钴样品的OER性能却十分相似。为了更加深入地去理解钴在其中的相位转换机理,大佬合成出了Co3O4@CoO(表面结有CoO的Co3O4)的纳米晶单晶,并通过原位X射线衍射光谱观察了其向CoOOH相位转换的过程。结果显示Co3O4@CoO对OER的耐久性(催化时长)有着显著的提升效果,远优于Co3O4。并且CoO在相变过程中起到的作用要比Co3O4来得更优。

6.原位X射线吸收光谱分析法

经进行了原位x射线吸收光谱分别,监测Ni-Co双金属氧化物尖晶石中金属离子Ni、Co在OER中的转换过程 ,得出了在镍的化学状态和配位状态明显改变而钴金属离子仍是相同的结论。

四氧化三钴用于OER过程中的催化循环过程

之后就是密度泛函数的解释了,这个以后会再单开一栏......又开一坑!

实验进展一言难尽咱们长话短说,短话算作废话,而废话少说,四舍五入就不说了。嗯!

就这样,白了个拜~

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