研究人员揭示钴氧化物电催化剂背后的机制

电化学反应中的无名英雄——电催化剂——可以帮助优化反应速度、产量和能耗等因素。因此，这些电催化剂对于优化制药、农用化学品和石化行业的大规模生产至关重要。

日本东北大学和南京师范大学的研究人员对一种新兴电催化剂——钴氧化物(CoX-ides)的性能进行了深入研究。该研究成果发表在《先进材料》杂志上。

研究团队试图利用钴氧化物进行喹啉(ECHQ)的电催化加氢。该工艺是一种有吸引力的替代方法，因为它可以在环境温度下进行，并且可以实现净零碳足迹。

相比之下，传统的喹啉氢化方法会释放不良的副产品，并且需要储存和运输高度易燃的氢气，这既危险又昂贵。

日本东北大学高级材料研究所(WPI-AIMR)的王天一解释说：“以前对ECHQ的研究更多侧重于催化活性的优化，而对于ECHQ的反应机理和反应路径的探索，我们不妨从一张白纸开始。”

WPI-AIMR的HaoLi说道：“这项研究的一个目标是尝试找出哪种CoX化合物是‘最佳’的，但是，我们还需要了解为什么某些催化剂的表现不同。”

结果发现，在所选的CoX化合物中，Co3O4表现最佳。它在常温下表现出最佳的ECHQ性能，转化率高达98.2%，选择性高达100%。

在较低的负电位下，Co3O4位点在界面处呈现出比其他CoX化物更高比例的2配位氢键水，这增强了后续水解离产生H*的动力学。

相比之下，Co9S8位点的ECHQ性能最低，这是因为H*形成步骤中的热力学障碍较高，从而抑制了后续的氢化反应。由于解吸障碍较高，Co(OH)F和CoP位点的喹啉转化率也较低。

这项研究将有助于显著提高我们对ECHQ催化机制的理解。

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