記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏教授團(tuán)隊(duì)和高敏銳教授課題組通過對(duì)傳統(tǒng)普魯士藍(lán)(PBA)材料進(jìn)行氮?dú)獾入x子體轟擊，成功研制了一種富含氰基空位的高效析氧反應(yīng)催化劑。這種氰基空位不僅能夠調(diào)節(jié)PBA材料的局域電子結(jié)構(gòu)和金屬配位環(huán)境，還能夠高效抑制鐵活性物種在電循環(huán)過程中的流失。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然·通訊》上。

析氧反應(yīng)(OER)是光/電解水和金屬空氣電池等新能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化器件的關(guān)鍵半反應(yīng)。發(fā)展廉價(jià)高效的析氧反應(yīng)電催化劑，進(jìn)一步降低電極過電勢(shì)、提升器件能量效率是非常具有挑戰(zhàn)性的課題。材料缺陷工程能夠調(diào)節(jié)催化劑的電負(fù)性、電荷分布以及配位環(huán)境，被認(rèn)為是一種有效提升催化劑性能的策略。設(shè)計(jì)新型缺陷結(jié)構(gòu)，營造新的活性位形式，有望進(jìn)一步優(yōu)化既有催化材料的催化性能。

研究人員以鉬酸鎳納米棒為模板，首先制備出多孔的鎳鐵基PBA材料，隨后對(duì)其進(jìn)行氮?dú)獾入x子體轟擊，即可得到富含有氰基空位的PBA催化劑。通過多種表征手段，例如高分辨透射電鏡、正電子湮滅技術(shù)、元素含量分析、以及尾氣吸收檢測等，確認(rèn)這種新型氰基空位的形成。

電化學(xué)測試顯示，經(jīng)過氮?dú)獾入x子體轟擊60分鐘的PBA樣品，表現(xiàn)出最好的析氧反應(yīng)活性，遠(yuǎn)優(yōu)于其它高效的析氧反應(yīng)催化劑，結(jié)構(gòu)分析表明，這種高的析氧反應(yīng)活性來源于氰基空位誘導(dǎo)產(chǎn)生的不飽和鎳鐵位點(diǎn)。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，不含氰基空位的PBA材料的鐵活性物種會(huì)逐漸溶解到電解液中。與之形成鮮明對(duì)比的是，含有氰基空位PBA會(huì)大幅度抑制鐵活性物種的流失，從而在析氧反應(yīng)循環(huán)過程中自重構(gòu)形成高活性的表面活性層，進(jìn)而導(dǎo)致優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性。

這一成果提供了一種新的制備高活性鎳鐵羥基氧化物的策略，并為發(fā)展新的缺陷類型提供了新的借鑒，為今后設(shè)計(jì)更加高效的氧析出反應(yīng)催化劑提供了嶄新的思路。