新型納米氧化鈰實現高效酸性析氧催化性能

近日，美國威斯康辛大學和哈爾濱工業大學研究者共同設計出了新型的納米氧化鈰材料，即氧化鈷（Co3O4）與二氧化鈰（CeO2）組成的複合材料，能實現高效酸性析氧（OER）催化性能。該研究成果已以“Modifying redox properties and local bonding of Co3O4 by CeO2 enhances oxygen evolution catalysis in acid”爲題發表在Nature Communications上。

據悉，質子交換膜分解水裝置在强酸性條件下工作，比在鹼性條件下具有更好的電導率，更高的工作電流以及更低的氣體交換率，因而更加適合大規模電解水産氫産氧。但是，現有的催化劑銥和釕等貴金屬化合物存在儲量低且價格高昂的不足。因此利用地殼儲量豐富的非貴金屬製備廉價高效的酸性OER催化劑是解决當前技術瓶頸的重要手段。

Co3O4/CeO2納米複合材料的出現，有望解决上述的難題。研究者利用先電化學沉積後退火的方法，在FTO和碳紙上製備了該複合材料，幷通過XRD和TEM等手段確認CeO2（~5nm）與Co3O4（~9.7nm）充分混合且形成緊密結合的界面，從而擴大兩相界面處的電子調控作用，改變其局域結構特性，進而促使酸性OER催化性能提升。

相比于Co3O4，Co3O4/CeO2納米複合材料的催化性能有顯著提升，當電流密度爲10mA/cm2時過電位僅爲423mV，比Co3O4降低約84mV。當改用多孔碳布爲襯底時，過電位將進一步降低爲347mV，是目前最好的非貴金屬酸性OER催化劑之一。

該項研究不僅利用儲量豐富的過渡金屬設計出了高效的酸性析氧催化劑，也爲其它反應的催化劑設計提供的新的策略。

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