材料表麵電子組態特性改質可增進水解產氧反應效能

據Material Views網站報道：由you於yu具ju備bei大da規gui模mo氫qing能neng發fa展zhan的de前qian景jing，電dian催cui化hua水shui分fen解jie受shou到dao了le廣guang泛fan的de研yan究jiu關guan注zhu。要yao進jin行xing經jing濟ji的de電dian化hua學xue催cui化hua全quan反fan應ying設she計ji，必bi須xu同tong時shi考kao慮lv產chan氫qing以yi及ji產chan氧yang兩liang個ge半ban反fan應ying。然ran而er產chan氧yang半ban反fan應ying因yin牽qian涉she四si電dian子zi轉zhuan移yi反fan應ying，於yu整zheng體ti水shui分fen解jie反fan應ying中zhong較jiao不bu易yi進jin行xing，因yin此ci開kai發fa高gao效xiao的de產chan氧yang催cui化hua劑ji成cheng為wei電dian催cui化hua水shui分fen解jie的de重zhong要yao課ke題ti。現xian今jin，較jiao為wei高gao效xiao的de產chan氧yang催cui化hua劑ji多duo為wei過guo渡du金jin屬shu氧yang化hua物wu。而er過guo渡du金jin屬shu氧yang化hua物wu的de催cui化hua特te性xing與yu金jin屬shu部bu份fen的de電dian子zi組zu態tai息xi息xi相xiang關guan
，適shi當dang的de電dian子zi組zu態tai可ke提ti高gao催cui化hua劑ji對dui於yu目mu標biao物wu的de吸xi附fu強qiang度du以yi促cu進jin反fan應ying的de進jin行xing；並且若催化劑具有與反應中間產物相似的電子組態也可以進一步降低反應所需的活化能。

尖晶石四氧化三鈷是常見的水分解產氧反應催化劑
，其由兩種不同價態的鈷陽離子（二價和三價）與氧陰離子組成，先前南洋理工大學化學與生物醫藥工程學院劉彬教授團隊在JACS上的研究表明：siyanghuasanguzaichanyangfanyingzhongshijiyoucuihuahuoxingdebufenweisimiantipeiweideerjiagujinshulizierbamiantipeiweidesanjiagulizijinxianxianledianrongfangmiandetexing，duizhengticuihuafanyingmeiyoutebiedebangzhu。raner，zaijiliangxuezhong，zaiyigesiyanghuasangujingbaozhongjinyongyouyigeerjiagulizi
，danyongyoulianggesanjiagulizi，yinciruonengshidangdiduishuliangjiaoduodanweijubeihuoxingdegusanjializijinxinghuohua
，dangnengdafutigaochanyangfanyingdexiaolv。jinqiliubinjiaoshoutuanduitichutongguojinshuyoujikuangjiacailiao(MOF)對傳統尖晶石四氧化三鈷進行表麵改質從而提升產氧反應效能(Small Methods, https://doi.org/10.1002/smtd.201800001)。

催cui化hua劑ji表biao麵mian活huo性xing是shi催cui化hua反fan應ying的de關guan鍵jian因yin素su
，劉liu彬bin團tuan隊dui通tong過guo活huo化hua的de步bu驟zhou使shi四si氧yang化hua三san鈷gu表biao麵mian三san價jia鈷gu離li子zi與yu氧yang離li子zi的de間jian距ju增zeng加jia，從cong而er使shi鈷gu金jin屬shu的de電dian子zi組zu態tai隨sui之zhi改gai變bian進jin而er影ying響xiang整zheng體ti催cui化hua性xing能neng。由you拉la曼man光guang譜pu與yu同tong步bu輻fu射sheX光吸收光譜分析顯示
，此活化方式可改變三價鈷離子的電子組態，三價鈷的電子組態在一般的情形下為t₂g⁶
，這顯示並沒有任何的電子在e_g 能階上， e_g能階上的電子與吸附物的密切關係影響了催化反應的效能。實驗研究中，被活化的三價鈷離子的電子組態轉化為t₂g⁴e_g²

，在e_g上的電子不但增加了催化反應中對反應物的吸附能力(由XPS吸收光譜得知)，而且使其活化後電子組態與產氧反應中重要的中間產物CoOOH的電子組態相似
，可助於產氧反應的進行。電化學量測結果上顯示，電催化產氧反應的過電壓大幅降低
、催化反應的性能獲得了極佳的改善。該團隊通過電化學阻抗分析法觀察到活化後的Co³⁺的電荷轉移電阻(R_ct)明顯地小於未活化的Co³⁺，這個結果可再一次證明電催化產氧反應的效能被大幅的提升。

此ci研yan究jiu對dui於yu催cui化hua材cai料liao的de設she計ji提ti出chu了le新xin的de思si維wei
，高gao效xiao的de催cui化hua材cai料liao的de電dian子zi組zu態tai應ying與yu中zhong間jian產chan物wu的de電dian子zi組zu態tai相xiang近jin，以yi此ci降jiang低di反fan應ying所suo需xu的de能neng量liang，提ti升sheng反fan應ying效xiao率lv。