一组研究人员在开发低成本的析氧反应(OER)催化剂方面取得了重大进展。析氧反应是水分解和金属-空气电池等技术的关键组成部分。通过将铬(Cr)加入过渡金属氢氧化物中，利用密度泛函理论(DFT)计算和实验合成的结合，他们证明了增强的催化活性。
他们的研究结果的细节发表在2024年8月30日的《ACS催化》杂志上。
近年来，通过水电解制氢已经成为存储风能和太阳能等间歇性可再生能源的一种有前途的解决方案。然而，电解过程中关键的半反应OER一直受到反应速率缓慢的阻碍，需要高活性和稳定的催化剂来提高效率。
“铬掺杂在加速金属氢氧化物向活性氢氧化物相转变方面起着至关重要的作用，这对于提高OER效率至关重要，”来自东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)的李浩说，他是该论文的合著者。李和他的同事们使用水溶胶-凝胶法合成了一种氢氧化铁催化剂，确保了四种元素的均匀分布。制备的催化剂在碱性介质中的过电位较低，为224 mV，比同类催化剂高52 mV，并可连续使用150小时以上。
此外，装配了FeConiCr催化剂的锌空气电池稳定工作了160小时，保持了0.70 V的低放电/充电电压差。理论模型证实，Cr的掺杂优化了OER中间体在活性位点的吸附能，显著提高了反应效率。
“我们的计算表明，Cr掺杂可以微调活性位点周围的电子环境，使反应更有效，”李补充说。Bader电荷分析进一步表明，镍和钴在OER过程中保持有利的+3氧化态，有利于维持催化活性。
展望未来，该小组计划通过探索其他可以进一步优化催化剂性能的元素来扩大他们的研究。“这项工作为我们提供了一种快速筛选材料和设计更好催化剂的方法，”WPI-AIMR特别任命的助理教授、该论文的合著者张迪说。“我们的目标是创造更高效、更耐用的催化剂，加速清洁能源技术的采用，尤其是氢的生产。”
随着全球对清洁能源解决方案需求的增长，开发具有成本效益和高效的催化剂将是推进可再生能源系统的关键。
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希望本篇文章《铬的引入加速催化剂的氧气释放速率》能对你有所帮助！
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