【摘 要】
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不可再生的化石燃料的稀缺以及对能源的需求不断增长,引起了人们对替代能源和可再生能源的发展的极大关注。氧气析出反应（OER）是四步质子转移反应,具有较大的超电势和较慢的反应动力学。因此,探索水分解反应催化剂的关键是寻找有效的OER催化剂。β-NiOOH在碱性条件下显示出优异的析氧反应（OER）催化活性,但尚未完全确定催化剂在工作环境下的表面构型。并且,由于表面溶剂离子交换,表面可能会出现O或OH的吸
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不可再生的化石燃料的稀缺以及对能源的需求不断增长,引起了人们对替代能源和可再生能源的发展的极大关注。氧气析出反应（OER）是四步质子转移反应,具有较大的超电势和较慢的反应动力学。因此,探索水分解反应催化剂的关键是寻找有效的OER催化剂。β-NiOOH在碱性条件下显示出优异的析氧反应（OER）催化活性,但尚未完全确定催化剂在工作环境下的表面构型。并且,由于表面溶剂离子交换,表面可能会出现O或OH的吸附以及氧空位,阳离子空位。本文通过密度泛函理论和热力学稳定性方法,研究了催化剂表面构型与PH,电极电位之间的函数关系。催化剂表面的真实状态是三个吸附氧原子和一个镍空位,铁的掺杂未对表面状态造成明显影响。通过计算OER的路径,得出纯镍体系的过电势0.52eV,决速步骤为氧自由基的形成。掺杂铁的体系的过电势为0.28eV,决速步骤为*OOH失去一个质子并且氧气脱附。此外为了研究空位的影响,对比了空位存在前后四步脱质子反应能,发现空位的存在降低了反应的过电势。本文证实β-NiOOH催化剂在发生析氧反应时,表面由于溶剂和电压的影响会吸附氧并且产生金属空位,掺杂铁可以增加表面终端的稳定区域,而且降低反应的过电势。金属空位可以调节四步质子脱附能使其接近理想电极电势,从而降低反应的过电势。
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