Acta Materialia：Mn掺杂NiOOH高效析氧机制揭秘

在可持续氢能发展中，析氧反应（OER）动力学缓慢是主要瓶颈，NiOOH作为有前景的非贵金属催化剂通过掺杂提升活性受到关注。然而，Mn掺杂NiOOH的实验结果与传统密度泛函理论计算存在矛盾：实验显示Mn掺杂能显著提升OER性能，但理论预测过电位反而升高。本研究发表在《Acta Materialia》上，基于杂化泛函（HSE06-D3）计算并结合电化学测试与表征，旨在揭示Mn的真正作用机制。背景为NiOOH掺杂Mn的实验与理论偏差，研究目的是探究Mn提升活性的关键因素。结论表明，Mn掺杂本身不直接提高β-NiOOH活性，而是通过显著降低β→γ相变能垒（自由能从2.06 eV降至1.59 eV）并促进氧空位形成，从而更容易生成具有更优OER动力学的γ-NiOOH。具体地，Mn掺杂γ-NiOOH的理论过电位降至0.459 V，远低于β-NiOOH的0.675 V和Mn掺杂β-NiOOH的0.913 V；实验证实OER过程中发生β→γ相变，起始电位降低约100 mV。该研究建立了“Mn掺杂→β→γ相变→Ni高价化→OER增强”的结构-性能关系，为设计高性能非贵金属析氧催化剂提供了相变调控新思路。