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钴嵌入层状MnO2通过限制和局部有序可调节的水氧化催化活性

       层状水钠矿锰材料因其多样的结构和特殊性能成为一种颇具发展潜力,尤其对钴原子有很强的吸附力。最初用于颜料,现在多用于电池材料、吸附材料、催化材料等。降低反应超电势是电化学催化剂发展的一个持久而普遍的目标,众多科研人员通过选择性稳定一个反应中间体的反应来促进这一过程。因此,通过将钴原子嵌入层状MnO2和对层间间距的限制来进一步调节催化活性。
       在近期一篇发表在《journal of catalysis》上的文章中,美国天普大学化学系科研人员通过在选用水钠矿锰作为催化原材料,并通过嵌入钴原子和调节其层间间距的方法调节催化性能。这些新见解解释了通过插入原子可增强MnO2的催化性能,并阐明通过设计的层状材料设计无毒无贵金属催化剂的途径。虽然在设计上取得了一定的进展,但对于间化的水钠矿盐体系的催化机理的详细了解仍然是不清楚的,这对进一步发展产生了阻碍。采用基于密度泛函理论(DFT)计算提供了一种强大的工具去研究催化机制,使实验结果的解释和计算筛选候选催化剂比传统的“试错”的实验方法的更有效。  因此研究团通过运用VASP和PAW结合的方式对其机理进一步探究,并成功对催化剂的活性进行提高。
       通过分析共插层状MnO2中水氧化的基本反应步骤,揭示了层间材料层间区域潜在的原子相互作用可以创造通用性,并导致催化性能的改善。同时强调了协同使用多种选择性(不)稳定机制的催化剂设计和可调催化性能的想法。这一认识解释了一些实验观察结果,并有可能加速设计新型无毒、无金属、高沉淀催化剂。(来源:QYIM & AMSC B ZHU编报)

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