晶面调控的Co3O4催化剂在海水电解中选择性析氧反应（OER）的机理研究

本综述系统阐述了通过形貌调控实现Co3O4催化剂对海水电解中析氧反应（OER）与析氯反应（CER）选择性的机制突破。结合电化学测试与理论计算，揭示了立方晶相通过稳定氧中间体抑制CER的优越性，为设计高选择性海水电解催化剂提供新范式。

Highlight

在海水电解中，析氧反应（OER）与析氯反应（CER）之间狭窄的电位差使CER成为顽固的寄生路径，严重制约OER选择性。本研究通过形貌调控的Co₃O₄晶体（立方体、八面体和截角立方体），首次建立了晶面分辨的OER-CER选择性机制基础。

Materials

所有试剂均直接使用无需纯化：六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）、氢氧化钠（NaOH）、氯化钠（NaCl）购自Sigma-Aldrich，碳纤维布（Av Carb 1071 HCB）购自Fuel Cell Earth公司。实验全程使用超纯水。

Morphology and structural characterization

图2展示了Co₃O₄晶体的形貌控制合成与表征结果。水热合成路径（图2a）通过调节钴盐浓度和溶剂体积实现晶体形态调控：立方相Co₃O₄由0.04 mol Co(NO₃)₂·6H₂O与0.05 mol NaOH在40 mL水中反应获得，呈现规整的立方体结构。

Conclusions

由于OER和CER在含氯环境中的热力学电位相近，CER始终是海水电解中的寄生路径。形貌调控的Co₃O₄成功解决这一选择性难题：立方晶体表现出最高OER选择性，截角立方体最低，八面体居中。塔菲尔分析表明，在低过电位下OER动力学基本不受形貌影响，选择性差异主要源于CER动力学行为。