近日，南方科技大学材料科学与工程系讲席教授项晓东团队在电催化材料的高通量筛选领域取得重要进展，相关成果以“High-Performance Oxygen Evolution Reaction Electrocatalysts Discovered via High-Throughput Aerogel Synthesis”为题并作为补充封面发表在催化专业期刊ACS Catalysis上。
电催化析氧反应（OER）因其复杂的四电子转移过程所致的缓慢动力学特征成为制约电解水整体效率的瓶颈。高析氧活性的电催化剂通常是Ir, Ru等贵金属基材料，均储量较少且价格昂贵，不利于大规模应用。多组元金属的掺杂或复合可调节催化材料的表面电子态，提升催化活性位点附近的电子输运效率和优化析氧反应中间体在活性位点的吸附自由能，进而提高析氧催化活性。但受限于现有合成方法，难以一次合成大量不同成分比例的样品，也难以实现组元成分的精准控制；同时受限于析氧催化机制的不足，难以充分阐明非晶催化活性表面的催化行为。
此工作利用原始创新高通量超临界干燥系统制备多组元气凝胶，一次实验制备多个成分比例可控的三元气凝胶。对每个体系不同成分比例的样品进行电化学表征，得到大量数据，构建了成分-起始过电势关系相图、成分-电流密度为10mA/cm2的过电势关系相图、成分-电流密度为100mA/cm2的过电势关系相图和成分-塔菲尔斜率的关系相图。筛选出Fe3Co2La3基具有最小的塔菲尔斜率：37.92±0.68 mV dec-1，该组分具有最优的反应动力学，而Fe3Co3Ni2基具有最高的产率（611.23 A/gmetal at 1.63 V vs. RHE），是商用氧化钌电催化剂的两倍。从经济角度上考虑，本次工作采用的过渡金属催化剂成本约为商用贵金属钌电催化剂的1/40, 证明其产业化的可能性。
南科大为论文第一单位。材料科学与工程系高级研究学者陈主阳为论文第一作者，材料科学与工程系讲席教授王湘麟、项晓东，前沿交叉研究院研究助理教授徐晨为共同通讯作者。论文作者还包括材料科学与工程系教授谷猛、前沿交叉研究院研究副教授赵府、新加坡同步辐射光源席识博、材料科学与工程系硕士研究生黄明成和蔡璧骏。该研究工作得到了国家重点研发计划、广东省重点研发计划、广创团队、深圳市面上项目及深圳材料基因组大科学装置平台项目的支持。
来源：南方科技大学
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03684
