高速压缩拉曼成像揭示的竞争性析氧反应机制

过渡金属氧化物是用于催化析氧反应(OER)的最先进材料，其缓慢的动力学目前限制了水电解的效率。然而，颗粒间的微尺度物理化学异质性、体相与表面处的动态反应，以及颗粒反应性与电解质之间的相互作用，使得探测OER具有挑战性。在此，我们通过应用最先进的压缩拉曼成像技术，揭示了固态电催化剂α-Li2IrO3中依赖于偏压的竞争性OER机制。通过空间和 temporally 追踪面内与面外Ir-O伸缩振动模式的变化——这些模式由密度泛函理论计算确定——我们在多种电解质、颗粒组成和循环条件下跟踪了离子交换后的催化活化和电荷积累。我们提取了相前速度，并证明在低过电位下，氧通过电化学-化学机制与经典电催化吸附物机制的组合析出，而在高过电位下仅发生后一种机制。这些结果为促进增强OER性能的机制提供了策略，并凸显了压缩拉曼成像在低成本、化学特异性跟踪微尺度反应动力学方面的能力，适用于离子和电子交换可与结构变化耦合的广泛体系，即催化剂、电池材料、忆阻器等。