近日，我校物质科学学院郭文翰课题组与夏广杰课题组开展实验+理论联合研究，并与四川师范大学谢奉妤课题组、北京大学邹如强课题组合作，在OER电催化领域取得新进展。相关成果以“Activating lattice oxygen by a defect-engineered Fe2O3–CeO2 nano-heterojunction for efficient electrochemical water oxidation” 为题发表在国际著名期刊Energy & Environmental Science (IF 32.4)。郭文翰研究员为共同通讯作者，夏广杰研究员为共同第一作者，大湾区大学物质科学学院为本论文的第二单位。该工作亦得到东莞市先进材料与大科学装置前沿交叉重点实验室、东莞市先进材料人工智能设计重点实验室的共同支持。
利用可再生能源（如太阳能、风能或潮汐能）发电并电解水是大规模制备绿色环保氢气（绿氢）最有前途的方法。其中，缓慢的阳极氧气析出反应（OER）是当前电解水领域的主要挑战。开发低成本、高活性和高稳定性的新型OER电催化剂是目前研究的重点。在本工作中，研究者构建了一种自支撑型富氧缺陷Fe2O3/CeO2纳米异质结电极材料（Fe2O3@CeO2-OV），成功在铁基氧化物体系中实现了晶格氧机制（LOM）的OER催化。该电极表现出优异的OER活性和耐久性，特别是在工业大电流密度条件下和基于膜电极的流动池中依然具有较高活性。
同位素标记、XPS、XAFS等实验表征和DFT理论计算共同表明：缺陷工程在CeO2纳米团簇表面生成大量氧空位缺陷（OV），诱发从CeO2到Fe2O3强烈的电荷转移。然而有趣的是，实验+理论机理研究表明：OV并非直接作为反应活性位点促进反应，而是通过异质结界面电子转移与结构转变促进了氧化物之间的相互作用，降低了LOM中晶格氧原子脱附自由能，从而促进了OER。这项工作为构建高性能氧化物异质结OER催化剂提供了一种新的策略，为低成本高效益的工业电解水提供了一种有前途的解决方案。
郭文翰研究员课题组的主要研究方向为二氧化碳电还原、锂离子电池与新型二次电池、超级电容器与新型储能器件、燃料电池、电解水等能源电催化、中子衍射与原位表征技术等。
夏广杰研究员课题组的主要研究方向为催化密度泛函理论(DFT)计算及第一性分子动力学(AIMD)模拟、溶剂中机器学习(ML)力场的构建、ML-DFT等。
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