水氧化作为一种质子耦合电荷转移反应,可以通过顺序质子-电子转移(SPET)途径或协同质子-电子转移(CPET)途径进行。最近,该团队通过对五种常用的半导体光阳极(即α-Fe2O3、BiVO4、TiO2、Au/TiO2和n-Silicon)上光电催化水氧化反应中水分子的反应级数进行定量分析,并结合动力学同位素效应、电化学阻抗谱、原位光电化学红外光谱和扫描电化学显微镜等手段,揭示了半导体表面水氧化过程中普遍存在的SPET途径,这是导致水氧化动力学缓慢的限制因素。并且,首次发现光阳极表面修饰的Ni1-xFexOOH电催化剂可以作为一种质子耦合电荷转移反应的调制器,将光电催化水氧化反应的SPET途径转变为CPET途径,显著提升光电催化水氧化反应速率,为提升水氧化反应动力学和太阳能的高效利用提供了新的策略。
研究成果发表于Journal of the American Chemical Society (https://doi.org/10.1021/jacs.3c09410 )上。论文第一作者为博士生刘思勤和武磊,通讯作者为章宇超研究员。