对于许多能源装置而言，开发高效且具有成本效益的析氧反应（OER）电催化剂至关重要。据报道，通过将添加剂引入催化体系来调节质子耦合电子转移（PCET）过程可有效提高OER活性，然而，目前通过调节内在材料性能来控制PCET过程仍然是一项艰巨的任务。

近日，华南理工大学陈燕教授，台湾交通大学YongMan Choi，佐治亚理工学院刘美林教授报道了采用钙钛矿双氧化物PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+δ（PBSCF）作为模型系统，通过调节晶体取向和相关的质子扩散来证明通过促进PCET来增强催化剂OER活性。

文章要点

1）使用脉冲激光沉积（PLD）在适当的单晶衬底（LaAlO₃）上制备具有可控（100），（110）和（111）表面取向的PBSCF薄膜。

2）电化学测量和基于DFT的计算结果显示，PBSCF薄膜的OER活性遵循（100）>（110）>（111）的顺序。（100）表面的高OER活性归因于其可促进去质子化过程，从而导致了有效的PCET过程，该结果在实验中已得到观察并得到理论分析证实。此外，基于同步加速器的近环境压力X射线光电子能谱（APXPS）清楚地表明，水分子去质子化为表面羟基物种，最有效的是(100)表面。此外，质子扩散率的大小顺序为(100)>(110)>(111)，这与较高的OER活性和促进质子转移过程有关。

3）结果表明，晶体取向可控制双钙钛矿型电催化剂的PCET过程和OER活性，从而影响后续的质子扩散。

该策略可广泛用于指导重要的绿色能源和环境应用中的高性能电催化剂的合理设计。

Zhu, Y., He, Z., Choi, Y. et al. Tuning proton-coupled electron transfer by crystal orientation for efficient water oxidization on double perovskite oxides. Nat Commun 11, 4299 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-17657-9

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17657-9