能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的两大难题。氢气因具有高能量密度、清洁可再生等优点，被誉为未来最理想的能源载体。目前工业上95%的氢气产自于化石燃料的蒸汽重整，这种方式不但消耗化石能源，还排放出大量的二氧化碳。利用可再生能源(如太阳能、风能等)电解水制氢气具有较为广阔的发展前景。电解水反应包括阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)两个半反应，其中OER涉及多电子转移过程，动力学缓慢，是限制电解水效率的主要因素。开发低廉、高效、稳定的OER催化剂是将电解水制氢推向大规模生产的关键。结构决定性能，从微观层面研究催化剂结构(原子结构、电子结构)与催化性能(活性、选择性)之间的内在联系是研制高活性电催化剂的基础，也是当前电化学及材料科学亟需解决的关键性问题。
基于本团队在过渡金属氧化物薄膜制备和电子结构方面的研究基础，我们拟选取备受关注的钙钛矿结构、尖晶石结构等过渡金属氧化物为主要研究对象，利用外延生长法制备结构明确的单晶薄膜作为模型催化剂，通过控制掺杂、氧缺陷、晶面取向、晶格应力等参数实现对单晶薄膜的电子结构、物理性质的精准调控；利用同步辐射光电子能谱/吸收谱和理论计算等先进手段，深入研究单晶薄膜的原子结构、电子结构和物性的相互影响关系；在此基础上，对单晶薄膜的析氧反应性能进行精准电化学研究，结合原位电化学谱学技术和理论计算，在原子、分子尺度上阐明电子结构与催化活性之间的内在规律，为寻找高效廉价的电催化剂提供重要理论依据和实践指导。
相关文献:
1. J. J. Song, C. Wei, Z.-F. Huang, C. T. Liu, L. Zeng, X. Wang, and Z.C. J. Xu, A review on fundamentals for designing oxygen evolution electrocatalysts, Chem. Soc. Rev., 49, 2196 (2020).
2. N.-T. Suen, S.-Fu. Hung, Q. Quan, N, Zhang, Y.-J. Xu, and H. M. Chen, Electrocatalysis for the oxygen evolution reaction: recent development and future perspectives, Chem. Soc. Rev., 46, 337 (2017).
3. G. L. Fu, X. J. Wen, S. B. Xi, Z. L. Chen, W. W. Li, J.-Y. Zhang, A. Tadich, R. B. Wu, D. C. Qi, Y. H. Du, J. Cheng, K.H.L. Zhang, Tuning the electronic structure of NiO via Li doping for fast oxygen evolution reaction, Chem. Mater. 31, 419 (2019).
4. Z. C. Shen, Y. B. Zhuang, W. W. Li, X. C. Huang, F. E. Oropeza, E. J. M. Hensen, J. P. Hofmann, M. Y. Cui, A. Tadich, D. C. Qi, J. Cheng, J. Li, and K. H. L. Zhang, Increased activity in the oxygen evolution reaction by Fe4+-induced hole states in perovskite La1-xSrxFeO3, J. Mater. Chem. A 8, 4407 (2020).
5. M. Y. Cui, X. Y. Ding, X. C. Huang, Z. C. Shen, T. - L. Lee, F. E. Oropeza, J. P. Hofmann, E. J. M. Hensen, and K. H. L. Zhang, Ni3+ Induced Hole States Enhance the Oxygen Evolution Reaction Activity of NixCo3-xO4 Electrocatalysts, Chem. Mater. 31, 7618 (2019).
6. X. Y. Ding, W. W. Li, H. P. Kuang, M. Y. Cui, C. H. Zhao, D–C Qi, F. E. Oropeza, and K. H. L. Zhang, Fe stabilized metallic phase of NiS2 for highly efficient oxygen evolution reaction, Nanoscale, 11, 23217 (2019).
7. X. Q. Wu, J. X. He, M. Zhang, Z. R. Liu, S. Zhang, Y. Zhao, T. Li, F.P. Zhang, Z. Peng, N. Y. Cheng, J.Y. Zhang, X. J. Wen, Y. W. Xie, H. Tian, L. Cao, L, Bi, Y. Du, H. L. Zhang, J. Chen, X.G. An, Y. M. Lei, H. H. Shen, J. T. Gan, X. T. Zu, S. Li, and L. Qiao, Binary Pd/amorphous-SrRuO3 hybrid film for high stability and fast activity recovery ethanol oxidation electrocatalysis, Nano Energy 67,104247 (2020).
