深圳大学，Nature Nanotechnology！
文摘
2025-01-31 07:30
青海
氧气演化反应（OER）是电解水制氢过程中的关键步骤，其效率直接影响氢气的生产成本和可持续性。传统的OER催化剂主要基于铱（IrO₂）或钌（RuO₂），尽管这些材料在性能上表现出色，但由于其高昂的成本和相对较低的稳定性，限制了其在大规模应用中的使用。为了提升OER的效率并降低贵金属的使用，科学家们对单原子催化剂的研究引起了广泛关注。单原子催化剂通过在催化剂中引入孤立的贵金属原子，能够有效地优化催化反应的活性位点，从而降低反应的过电位。鉴于此，来自深圳大学Jie Zhao，蔡兴科Xingke Cai等，德国 拜罗伊特大学（Universität Bayreuth）Francesco Ciucci等课题组的研究者在单原子催化剂领域取得了重要进展。他们设计并制备了以二甲基咪唑（MI）为配体的铱（Ir）单原子催化剂，负载于钴铁氢氧化物（CoFe-OH）纳米片上（命名为Ir1/(Co,Fe)-OH/MI）。该催化剂采用简单的浸泡法制备而成，显示出超低的OER过电位（在10 mA cm⁻²时为179 mV，600 mA cm⁻²时为257 mV）和极小的塔费尔斜率（24 mV dec⁻¹），其质量活性超过商业IrO₂的58.4倍。研究表明，Ir1/(Co,Fe)-OH/MI的优异性能源于Ir单原子与MI的独特配位。通过第一原理模拟，研究者发现这种配位有效地重分布了Ir原子周围的电子密度，使得Ir和相邻Co原子的d带中心发生正向位移，从而优化了OER的能量路径。这些结果不仅证明了单原子催化剂在提高OER性能方面的潜力，也为未来在可再生能源领域的广泛应用提供了新的思路与方法。
