新型纳米氧化铈实现高效酸性析氧催化性能

近日，美国威斯康辛大学和哈尔滨工业大学研究者共同设计出了新型的纳米氧化铈材料，即氧化钴（Co3O4）与二氧化铈（CeO2）组成的复合材料，能实现高效酸性析氧（OER）催化性能。该研究成果已以“Modifying redox properties and local bonding of Co3O4 by CeO2 enhances oxygen evolution catalysis in acid”为题发表在Nature Communications上。

据悉，质子交换膜分解水装置在强酸性条件下工作，比在碱性条件下具有更好的电导率，更高的工作电流以及更低的气体交换率，因而更加适合大规模电解水产氢产氧。但是，现有的催化剂铱和钌等贵金属化合物存在储量低且价格高昂的不足。因此利用地壳储量丰富的非贵金属制备廉价高效的酸性OER催化剂是解决当前技术瓶颈的重要手段。

Co3O4/CeO2纳米复合材料的出现，有望解决上述的难题。研究者利用先电化学沉积后退火的方法，在FTO和碳纸上制备了该复合材料，幷通过XRD和TEM等手段确认CeO2（~5nm）与Co3O4（~9.7nm）充分混合且形成紧密结合的界面，从而扩大两相界面处的电子调控作用，改变其局域结构特性，进而促使酸性OER催化性能提升。

相比于Co3O4，Co3O4/CeO2纳米复合材料的催化性能有显著提升，当电流密度为10mA/cm2时过电位仅为423mV，比Co3O4降低约84mV。当改用多孔碳布为衬底时，过电位将进一步降低为347mV，是目前最好的非贵金属酸性OER催化剂之一。

该项研究不仅利用储量丰富的过渡金属设计出了高效的酸性析氧催化剂，也为其它反应的催化剂设计提供的新的策略。

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