CeO₂/过渡金属基电催化材料的理性设计及电催化氧化性能研究

【作者】 黄秀兵； 赵龚池； 周佩云； 张艳艳； 王戈；

【机构】 北京科技大学；

【摘要】 高性能电催化材料的理性设计对于克服析氧反应（OER）和5-羟甲基糠醛氧化（HMFOR）的动力学壁垒以及降低能耗至关重要。我们以廉价过渡金属电催化材料为研究对象,围绕缺陷引入手段、界面构建方法等策略,系统研究了CeO₂修饰或掺杂对过渡金属基电催化材料的电催化氧化性能的影响规律。通过对比实验的理性设计、全面的结构表征、性能测试及理论计算模拟手段,揭示了界面工程优化材料电子结构的微观机理,实现了过渡金属基催化材料电催化HMFOR性能的显著提升。1)以富集氧空位的Co₃O₄纳米线为核,修饰具有Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对、较高储氧能力和电子/离子导电性的CeO₂纳米颗粒,Co₃O₄与CeO₂异质界面的构建调节了中间体吸附,促进了催化剂的结构演变和电荷转移以及HMFOR性能的提升。2)通过浸渍法将CeO₂合理引入Co₄N体系,构建了Co₄N@CeO₂异质结构。CeO₂作为"电子泵"从Co₄N处抽取电子,不仅有效调控了Co₄N的电子结构,而且灵活控制了异质界面对含氧物种的吸附和解吸,表现出优异的OER和HMFOR电催化活性。3)在NiFe-LDH掺入作为"电子陷阱"的Ce物种,促进其在循环伏安活化过程中的原位重构程度,生成高价羟基氧化物活性中心。Ce的引入通过优化Ni和Fe的电子结构,加速电子转移过程,使得原位重构后的NiFeCe-LDH表现出优异的HMFOR性能。更多还原