近期，太原理工大学新型碳材料研究院的王孝广教授团队通过表面缺陷控制工程，可选择性提升金属氧化物Co₃O₄的催化活性。利用该策略设计的富氧空位硼掺杂Co₃O₄（V_OB-Co₃O₄）显示出优异的电解水和NaBH₄水解性能，在电流密度为50 mA cm^-2时，V_OB-Co₃O₄对HER和OER分别表现出184和315 mV的过电势；全水解仅需要1.67 V即可达到10 mA cm^-2的电流密度。同时，三维V_OB-Co₃O₄还可以有效地催化碱性NaBH₄水解脱氢，以7055 ml min^-1 g^-1的析氢速率和29.7 kJ mol^-1的活化能实现高效制氢。结合理论计算表明，不同氧空位附近的四面体Co²⁺（Td）和八面体Co³⁺（Oh）分别作为HER和OER的主要活性中心；此外，在Co₃O₄中引入B会导致电子云的重新分布，在NaBH₄水解过程中，通过H₂O和NaBH₄的分解以及H*的吸附可促进氢气的形成（图1）。

图1：V_OB-Co₃O₄的催化性能曲线

自支撑的纳米结构催化剂在电解和水解领域表现出了优异的催化性能。Co₃O₄是研究最多的用于电催化析氧的金属氧化物。但是其导电性很差，引入氧空位是一种有效的电子结构调控策略，然而氧空位在析氢和析氧过程中的作用机制尚不清楚。因此，探索富氧空位金属氧化物的催化活性并深入理解其催化机理具有重要意义。这一成果近期发表在国际期刊Chemical Engineering Journal (IF=10.652)上， DOI：10.1016/j.cej.2020.126474（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720326024）。我院原荷峰博士为该工作的第一作者。