重构 NaTaO$_3$ (001) 表面的水氧化催化

极性钙钛矿氧化物表面会发生结构重构作为一种可能的稳定机制，这改变了表面结构并进而影响表面化学。为研究该效应，我们通过密度泛函理论（DFT）计算研究了 NaTaO$_3$ 重构 (001) 表面的氧析出反应（OER），并将其与同种材料的非极性 (113) 表面进行比较。对于洁净表面，重构对催化活性有有益影响，将最小过电位从 0.88 V 降至 0.70 V，同时将最活泼反应位点由 Na 变为 Ta。在光催化条件下，Ta 位点被氧吸附物覆盖，使得 NaO 平台上的晶格氧位点成为最活泼位点，其过电位极低，为 0.32 V。另一种与水接触时稳定的表面重构导致了氧耦合机制，过电位为 0.52 V。我们的结果表明，阶梯状表面重构能够实现低过电位的新型反应路径，这些路径不存在于其他非极性 NaTaO$_3$ 表面，也不存在于化学类似材料（如 SrTaO$_2$N）的非极性表面。