在酸性条件下，高质子浓度有利于制氢，而质子交换膜能够支持大电流（超过1 A cm-2)，最大限度地减少交叉和电阻损失。遗憾的是，目前只有贵金属才能在这些条件下促进电催化过程。因此，需要一种在酸性条件下具有活性的低成本水氧化催化剂（WOC）。研究表明，在寻找基于丰富原材料的新型WOC时，多金属氧酸盐（POM）是有前途的候选者。尤其是，含钴的多金属氧酸盐（Co-POM）表现出令人鼓舞的均相催化性能，并在受控的工作条件下具有稳定的稳定性。最近的研究报道表明，通过利用相应的重性碱金属和碱土金属阳离子盐的不溶性，以及部分疏水性碳糊（CP）电极载体的保护作用，利用Co-POM在酸性介质中可有效催化水的氧化。而[Co9(H2O)6(OH)3(HPO4)2(PW9O34)3]16-(Co9）的盐具有优异的电催化水氧化性能。
有鉴于此，巴塞罗那科学技术学院J. R. Galan-Mascaros报道了一系列多金属钴（Co-POM）作为Cs+或Ba2+的不溶性盐被引入到碳糊电极中。包括缺位的Keggin类型的衍生物[Co(H2O)(PW11O39)]5-(CoPW11)，[Co(H2O)(SiW11O39)]6-(CoSiW11)，[Co(H2O)(CoW11O39)]7-(CoCoW11)，[Co4(H2O)2(PW9O34)2]10-(Co4P2W18)，[Co4(H2O)2(SiW9O34)2]12- (Co4Si2W18)和 [Co9(H2O)6(OH)3(HPO4)2(PW9O34)3]16– (Co9)以及缺位的Dawson-Wells衍生物[Co4(H2O)2(P2W15O56)2]16-(Co4P4W30)。
文章要点
1）研究人员采用电化学方法和后催化表征考察了这些复合电极在酸性介质(pH<1)中对水氧化的活性和稳定性。结果表明，在这些条件下，这些催化剂的稳定性取决于组成，即只有以PV为杂原子的物种才具有稳定性。无论催化剂的核或分子结构如何，所有SiIV和CoIII衍生物均显示出快速分解。
2）所有稳定的衍生物都表现出一致的活性，受到高核能和总电荷的促进，其中Keggin衍生物本质上比相应的Dawson-Wells类似物更具活性。
J.T. Arens, et al, Water oxidation electrocatalysis in acidic media with Co-containing polyoxometalates, Journal of Catalysis (2020)
DOI: 10.1016/j.jcat.2020.06.006
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.06.006
