群雄逐鹿之电催化析氧（一）
引言：电催化中跟水相关有四大反应，包括析氢反应（HER），析氧反应（OER），氧还原反应（ORR）和氢氧化反应（HOR）。应该说，这四个反应都很重要，特别是在燃料电池，电解池等领域。
今天着重介绍下析氧反应（OER）。析氧反应和析氢反应是水分解反应的两个半反应。其中析氧反应涉及四个电子的转移，其机理非常复杂，是一个动力学慢反应，它的过电位比析氢反应要高得多，因此是限制水分解效率的主要因素。
析氧反应涉及四个电子的转移，因此一般被认为可以分为四个基元反应，每一步涉及一个电子和一个质子的转移，而析氧催化剂（OEC）的作用在于稳定OER反应过程中产生的活性中间体（比如：*-OOH, *-O等）,加快反应速度的进行。事实上，尽管人们研究OER这个反应已经好几十年了，对于这个反应的机理依然不够明晰，特别是催化活性中心的确立，催化剂组成结构与反应活性之间内在联系的解析等。
在过去几十年内，人们研究了很多催化剂体系，其模型大致可以分为四种：单晶电极；均相分子团簇；纳米颗粒；超薄薄膜。
A. 单晶电极：
优点：可以精确地针对催化剂的特定表面进行分析
缺点：合成高质量的，高导电性的单晶电极（特别是氧化物）非常困难。
具有代表性的论文列举如下 (相关论文较少)：
A1. T.Hepel, F.H. Pollak, W.E. O’Grady, J. Electrochem. Soc. 1986, 133, 69.
A2. P.Salvador, N. Alonso-Vante, H. Tributsch, J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 216.
A3. E.Guerrini, V. Consonni, S. Trasatti, J.Solid State Electrochem. 2005, 9, 320.
B. 均相分子团簇：
优点：可以采用成熟的分子分析技术对OER机理和反应中间体进行检测
缺点：催化剂自身稳定性较差
具有代表性的课题组与代表性论文：
B1. 大连理工大学Licheng Sun教授课题组
课题组链接：
代表作：J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4332-4335; Angew. Chem. Int. Ed.2014, 53, 13803-13807; Chem. Commun. 2015, 51, 4013-4016; Energy Environ. Sci.2014, 7, 329-334; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 3398,-3401; J. Am. Chem. Soc2013, 135, 7378-7385; J. Am. Chem. Soc 2013, 135, 4219-4222; J. Am. Chem. Soc2013, 134, 18868-18880; Proc. Natl. Acad. Sci. 2012, 109, 15584-15588; Nat.Chem. 2012, 4, 418-423.
主要研究内容：对Ru，Mn, Co基分子OEC催化剂进行了研究。
（备注:本次仅将相关论文，课题组信息进行总结，后期会分别对这些课题组的论文进行分析介绍）
B2. 日本大阪市立大学Nobuo Kamiya课题组和冈山大学课题组
课题组链接：
代表作：Nature 2011, 473, 55-60（被science评选为2011年十大科学进展）; Proc. Natl. Acad. Sci. 2009, 106, 8567-8572; Proc. Natl.Acad. Sci. 2013, 110, 3889-3894; Proc. Natl. Acad. Sci. 2003, 100,98-103; Biochemistry, 2000, 39,14739-14744.
主要研究内容：通过X光结晶学研究PSII蛋白的催化核心，特别是Mn3CaO4cubanes.
B3. 加州理工大学 Theodor Agapie课题组
课题组链接：
代表作：Science,2011, 333, 733-736; Nat. Chem. 2013, 5, 293-299; J. Am. Chem. Soc. 2013,135,1073-1082; Proc. Natl. Acad. Sci. 2013, 110, 10084-10088; J. Am. Chem. Soc. 2014,136, 14373-14376.
主要研究内容：Mn3Ca, Mn3CaO4等PSII中的oxygen-evolution复合物
B4. 埃默里大学Craig L. Hill课题组
课题组链接：
代表作：Science, 2010, 328, 342-345;J. Am.Chem. Soc. 2014, 136, 12085-12091; J. Am. Chem.Soc. 2014, 136, 9268-9271; Energy Environ. Sci.2013, 6, 2654-2663; J. Am. Chem. Soc. 2013,135, 14110-14118; J. Am. Chem. Soc. 2011,133, 2068-2071; Angew. Chem. 2008, 120, 3960-3963; J. Am. Chem.Soc. 2009, 131, 7522–7523.J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2068-2071; Chem. Soc. Rev. 2012, 41,7572-7589; J. Am. Chem.Soc. 2009, 131, 17360-17370;
主要研究内容：以多金属氧酸盐(POM)型均相OEC催化剂的设计闻名
C. 纳米颗粒：
优点：先进地合成与表征手段
缺点：1)不稳定；2)高电流密度时，载体C有可能被氧化
具有代表性的课题组与代表性论文：
C1.麻省理工Yang Shao-Horn课题组
课题组链接：
代表作：Science,2011, 334, 1383; Nat. Commun. 2013, 4, 2439; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136,5229-5232; Energy Environ. Sci. 2016, 9,176 – 183; J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1548 - 1548; J. Phys. Chem. Lett.2015, 6,1357-1362; J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 487 – 492; J. Phys. Chem.Lett. 2014, 1636-1641; J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 399-404; J. Phys. Chem.Lett. 2012, 3, 3264 -3270; J. Am. Chem. Soc., 2012, 134,16959–16962.
主要研究内容：钙钛矿型OER催化剂
（早期钙钛矿型OER催化剂研究论文有：T. Otagawa et al., J. Electrochem.Soc. 1984, 131, 290-302; J. Phys. Chem. 1983, 87, 2960-2971; J. Electrochem.Soc.1982, 129, 2391-2392.）
C2.阿德莱德大学Shizhang Qiao课题组
课题组链接：
代表作：J.Am. Chem.Soc. 2014, 136, 13925-13931; ACS Nano 2013,7,10190-10196; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7281-7285; Angew. Chem. Int. Ed.2014, 52,13567-13570; Adv. Mater. 2014, 26, 2925-2930; Chem. Commun. 2013, 49,7705-7707; Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 4646-4650; EnergyEnviron. Sci. 2013, 6, 3693-3699; Nano Energy 2016,19,373-381; Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1500936; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1138; Adv.Funct. Mater.. doi:10.1002/adfm.201505626.
主要研究内容：N-杂石墨烯负载的过渡金属氧化物OER催化剂
C3.斯坦福大学Hongjie Dai课题组
课题组链接：
代表作：Nano Res. 2015, 8, 23-39; Science, 2013, 342, 836-840（光电催化）.
主要研究内容：碳纳米管负载的Ni基OER催化剂
（备注：OER催化剂并不是Dai组最主要的研究方向）
友情提示：第四部分主要关于薄膜OER催化剂，由于内容实在太多，而且太重要了，因此放在下一期进行更新，敬请期待！
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