一组研究人员在低成本析氧反应(OER)催化剂的开发上取得了显著进展。析氧反应是水分解和金属-空气电池等技术的核心部分。通过将铬(Cr)掺入过渡金属氢氧化物，并结合密度泛函理论(DFT)计算与实验合成，他们展示了催化活性的提升。
他们的研究成果已于2024年8月30日发表在《ACS催化》期刊上。
近年来，利用水电解制氢被视为存储风能和太阳能等间歇性可再生能源的有前景的解决方案。然而，电解过程中关键的OER反应因反应速率缓慢而受到限制，需要高活性和稳定的催化剂来提升效率。
“铬的掺杂在加速金属氢氧化物向活性氢氧化物相转变中起着至关重要的作用，这对提高OER效率至关重要，”来自东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)的李浩表示，他是该论文的合著者。李和他的团队采用水溶胶-凝胶法合成了一种氢氧化铁催化剂，确保了四种元素的均匀分布。所制备的催化剂在碱性介质中的过电位为224 mV，比同类催化剂低52 mV，并且可以连续使用超过150小时。
此外，装配了FeConiCr催化剂的锌空气电池稳定运行了160小时，保持了0.70 V的低放电/充电电压差。理论模型证实，Cr的掺杂优化了OER中间体在活性位点的吸附能，显著提升了反应效率。
“我们的计算结果表明，Cr掺杂能够微调活性位点周围的电子环境，从而使反应更加高效，”李补充道。Bader电荷分析进一步显示，镍和钴在OER过程中保持有利的+3氧化态，有助于维持催化活性。
展望未来，该团队计划通过探索其他元素以进一步优化催化剂性能，来扩展他们的研究。“这项工作为我们提供了一种快速筛选材料和设计更优催化剂的方法，”WPI-AIMR特别任命的助理教授、该论文的合著者张迪表示。“我们的目标是创造更高效、更耐用的催化剂，以加速清洁能源技术的应用，尤其是在氢的生产方面。”
随着全球对清洁能源解决方案需求的增加，开发具有成本效益和高效的催化剂将是推动可再生能源系统发展的关键。
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希望本篇文章《铬促进催化剂的氧气生成速率》能对你有所帮助！
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