如今，開發經濟、高活性和穩定性的析氧反應（OER）電催化劑是生產廉價水裂解系統和金屬-空氣電池的主要障礙之一。基于此，中科院理化技術研究所張鐵銳研究員、南京理工大學闞二軍教授和北京工業大學汪夏燕教授（共同通訊作者）等人報道一種通過熱誘導相偏析工藝，制備了具有高氧化狀態的亞納米CoOx團簇合物，均勻分數在金紅石型-TiO2載體（Co-TiO2）晶格中。通過電子和幾何結構表征發現，CoOx團簇具有較高的氧化態（Co3+≈78.1%），其短程原子排列與Co3O4晶胞相似，穩定的局限于具有取代摻雜結構的TiO2晶格中。得益于CoOx團簇與TiO2載體之間的強相互作用，Co-TiO2表現出優良的內在活性和OER耐久性。在350 mV的過電位下，Co-TiO2的翻轉頻率（TOF）高達3.250 s-1，是目前同類測試條件下鈷（Co）基活性材料OER性能最高的值之一，同時比活性（jBET）也高達0.361 mA cm-2。此外，在400 mV的恒定過電位下，30000 s的OER電流密度損失僅為6.5%，優于Co3O4和RuO2基準催化劑。密度泛函理論（DFT）計算等機理分析表明，Co位與其相鄰的Ti原子之間發生電荷轉移，從而觸發了Co-Ti協同催化中心，其中OH*和O*優先吸附在Co和Ti的橋連位點上，具有良好的吸附能，為O2的生成提供了較低的能壘。Yong Yan et al. Substitutionally Dispersed High-Oxidation CoOx Clusters in the Lattice of Rutile TiO2 Triggering Efficient Co-Ti Cooperative Catalytic Centers for Oxygen Evolution Reactions. Adv. Funct. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adfm.202009610.2one
Adv. Energy Mater.綜述：電催化ORR轉化為H2O2：從均相到非均相電催化
過氧化氫（H2O2）是一種環境友好的氧化劑，廣泛應用于化學工業、環境衛生和環境修復。目前，H2O2是通過蒽醌法來生產，該方法存在高能耗、副產物多等問題。因此，電化學合成H2O2作為一種可替代的、低成本的、小規模的、分布式的H2O2生產技術被廣泛關注。基于此，中科院理化技術研究所張鐵銳研究員和尚露博士（共同通訊作者）等人報道一篇關于近年來電催化氧化還原反應（ORR）制取H2O2的均相和非均相催化劑研究進展得綜述。首先，作者介紹了氧化還原反應的基本原理，以及利用氧化還原反應制取過氧化氫的方法。接著，作者討論了利用均相催化劑催化生成過氧化氫，還重點討論了反應機理以及影響催化活性、選擇性和反應動力學的因素。然后，作者介紹了近年來在非貴金屬基納米材料、碳材料和單原子催化劑上合成過氧化氫的最新突破，其中單原子催化劑是均相催化和均相催化之間的橋梁，同時也具有優異的性能，因此受到特別關注。最后，作者重點討論了電化學ORR合成H2O2存在的挑戰和機遇。Yulin Wang et al. Electrocatalytic Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide: From Homogenous to Heterogenous Electrocatalysis. Adv. Energy Mater., 2020, DOI: 10.1002/aenm.202003323.文章鏈接：1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.2020096102. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202003323
