电化学水电解制氢是产生高纯度氢能的有前景的策略。然而，与双电子析氢反应(HER)相比，析氧反应(OER)的动力学缓慢，严重限制了水分解的效率。开发具有可控缺陷的新型电催化剂以提高其电催化活性和稳定性是一种有效的策略，但是在原子尺度上精确设计这些催化剂仍然非常困难。沈阳工业大学武祥和吉林大学白福全等通过调整掺杂Zn离子的浓度，制备了几种具有空位依赖性的CoZnxMn2-xO4催化剂以提高水分解产氢的效率。Zn离子掺杂可以引起几何结构和电子结构的变化，OER过程中的原位活化加速了活性物质的形成并有利于表面重建，通过形成(Co, Mn)OOH活性物质可以进一步提高催化剂的内在活性。电化学性能测试显示，在碱性条件下，优化的Zn-CoMn2O4-1.5在10 mA cm-2电流密度下的HER过电位为146 mV，在50 mA cm-2下的OER过电位为280 mV；Tafel斜率分别为50.1 mV dec-1和69.1 mV dec-1。此外，以Zn-CoMn2O4-1.5催化剂为电极组装水电解槽，仅需1.63 V的电池电压就能产生50 mA cm-2的电流密度，并具有优异的循环稳定性。实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，由于Mn和Zn的协同效应，催化剂能够很好地吸附水分子。并且，适当的Zn离子掺杂可以显着提高催化剂表面p电子的密度态，有利于d带中心接近费米能级，表明催化剂具有高电荷载流子密度和低吸附能，加速了水分解的动力学。该项工作所提出的调节表面重构和氧缺陷策略，能够为开发其他用于电化学相关的催化剂提供指导。Constructing High Efficiency CoZnxMn2-xO4 Electrocatalyst by Regulating the Electronic Structure and Surface Reconstruction. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202107268
