近日，环境与能源材料研究所钟文武教授在老牌顶级化学期刊《angewandte chemie-international edition》（if：12.959）发表题为“coupled vacancy pairs in ni-doped cose for improved electrocatalytic hydrogen production through topochemically deintercalation”的研究论文。钟文武教授为第一作者兼通讯作者，台州学院为唯一通讯单位。
氢气是一种理想的清洁能源，具有燃烧热值高、产物无污染的优点，有望取代化石燃料，解决日益严峻的环境和气候问题。电解水由于不受天气、时间等因素限制，具有广阔的应用前景。直接电解水的过电位很高，造成电能的浪费，需要催化剂辅助。设计开发新型的电催化剂材料，降低电解水的过电位，对国民经济、绿色能源等领域具有重要意义。
在众多设计电催化剂的技术路线中，“缺陷工程”是重要手段之一，在高性能电催化剂的设计中起着至关重要的作用。而空位作为一种基础缺陷，对其研究具有重要的理论和实用价值。近日，钟文武教授创新地通过一种特殊的化学脱嵌方法，在四方相ni掺杂cose中引入了耦合的阳离子空位对，提高了四方相cose电解水的活性。在原始的cose中，se原子对质子的亲和力低，导致超过1.2 ev的自由能变化dg。高dg值意味着质子捕获困难。 ni掺杂cose、ni掺杂cose 单空位样品中，dg分别向下移动至1.00、0.47，但仍然不足。幸运的是，ni杂原子和足够的co空位的组合导致her活性的优化，对于cose 耦合双空位样品，dg可以降级至-0.02 ev，接近理想值零。cose 耦合双空位样品的h-se相互作用能为0.45 ev，与原始cose的1.84 ev相比显着降低。co2 的最外层电子构型为3d7（t2g5e2g2），具有高自旋态。因此，co2 d轨道中的对称电子不饱和，易于通过电子转移与•h自由基相互作用。同时，ni2 中的电子构型已饱和，表明它很难与化学自由基相互作用。当co2 和ni2 耦合在一起时，由于ni2 对•h自由基的排斥作用，co2 和•h自由基之间的相互作用将得到增强，这可以促进h2的生成。
该工作得到了国家科技部重点研究开发项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202011378
