Zhang-rice Singlets State Formed by Two-step Oxidation for Triggering Water Oxidation Under Operando Conditions
運用同步輻射技術挖掘電催化析氧反應的秘辛
Chun-Kuo Peng, Yu-Chang Lin, Chao‐Lung Chiang, Zhengxin Qian, Yu-Cheng Huang, Chung-Li Dong, Jian‐Feng Li *, Chien-Te Chen, Zhiwei Hu*, San-Yuan Chen*, and Yan-Gu Lin*
2023/06/02
由於牽涉到多個電子-質子轉移步驟，析氧反應的速度緩慢且複雜。這限制了整體水分解反應並阻礙了綠氫的大規模商業化。近年來，析氫反應和二氧化碳還原等能源議題引起廣泛關注，這些半反應都需要高效的析氧反應來提升整體效率。因此，科學家們致力於研究用於析氧的電催化劑，尤其關注催化劑在析氧過程中的真正活性位點。這對於開發低成本且高性能的電催化劑至關重要。本研究利用原位X光技術分析了銅基催化劑，解析其在催化過程中的變化並捕捉了關鍵的中間狀態，從而對反應機制提供了重要的見解。將氫化銅(I)-氧化物應用於水分解反應中顯示出良好的活性和穩定性，能夠在低電壓下連續工作100小時並穩定地進行析氧。此外，通過原位截掠角X光散射、原位快速掃描X光吸收光譜和原位軟X光吸收光譜的分析，明確觀察到銅催化劑表面最終形成銅-氧四配位環境。在銅位點上，揭示了從銅(I)過渡到銅(II)的過程，進而形成特殊的銅(III)電子結構。這種銅(III)展現了Zhang-Rice singlet state的電子組態，其在銅基高溫超導體中已被廣泛研究，但在催化過程中未曾被發現。這項研究不僅發現了局部配位環境對催化活性的影響，還捕捉到銅電子結構中真正的活性位點，為析氧反應機制提出了更深入的理解。
研究動態
