析氧反应（OER）在可持续发展和能量转换装置中具有重要作用。遗憾的是，由于四电子/四质子跃迁，OER动力学较慢。因此，设计经济、稳定的酸性OER电催化剂成为今后研究的重点。近年来，单原子催化剂（SACs）在许多反应中表现出惊人的电催化性能，尤其是对氧还原反应（ORR）和CO2还原反应（CO2RR）表现出了惊人的电催化性能。然而，SACs的制备仍是一大难题，因此设计简单易行的SACs制备方法是重中之重。近日，兰州大学席聘贤教授与香港理工大学黄勃龙副教授联合报道了一种通过共电沉积方法在超薄NiCo2O4多孔纳米片上制备铱单原子（Ir-SAs）的新方法（Ir-NiCo2O4NSs）。表面暴露的Ir-SAs与氧空位（VO）偶联表现出增强的催化剂OER活性和在酸性介质中的稳定性。它们显示出卓越的OER性能，在j=10mAcm-2时具有mV的超低过电位，并且在酸性介质中具有70h的长期稳定性。在和mV的过电位下，TOFs为1.13和6.70s-1，也证实了其出色的性能。DFT计算表明，卓越的OER性能来自Ir原子锚定在VO附近较低配位上的高电子交换和转移活性，从而促进了表面电子交换和转移能力。随着这种趋势，优选的H2O活化和稳定的*O以达到竞争性更低的过电位，这是优化提高OER性能的关键。该文章近日以题为“IridiumSingleAtomsCouplingwithOxygenVacanciesBoostsOxygenEvolutionReactioninAcidMedia”发表在知名期刊J.AmChem.Soc.上。图一、NiCo2O4和Ir?NiCo2O4NSs的表征（a）NiCo2O4和Ir?NiCo2O4NSs的XRD表征；（b-c）NiCo2O4NSs的SEM，TEM和HRTEM表征；（d-f）Ir-NiCo2O4NSs的SEM，TEM和HRTEM表征；（g）NiCo2O4和Ir-NiCo2O4NSs的O1s光谱；（h）IrO2和Ir-NiCo2O4NSs的Ir4f光谱；（i）NiCo2O4和Ir-NiCo2O4NSs的O-K边XANES表征。图二、Ir-NiCo2O4NSs的结构表征（a）Ir-NiCo2O4NSs的结构示意图；（b）Ir-NiCo2O4NSs的HAADF-STEM图像；（c）标注有Ir?SAs的Ir-NiCo2O4NSs的HAADF-STEM图像；（d）IrO2和Ir-NiCo2O4NSs的XANES表征；（e）IrO2和Ir-NiCo2O4NSs的EXAFS表征；（f）对Ir-NiCo2O4NSs和商用IrO2的k3加权IrL3?edgeEXAFS信号进行了相应的小波变换；（g-h）k（g）和R（h）空间中Ir-NiCo2O4NSs的IrL3?edgeEXAFS，曲线是拟合（红线）和实验信号（黑线）中包含的Ir–O后向散射信号（χ2）。图三、酸性OER电子活动的理论解释（a）含VO的NiCo2O4表面俯视图；含VO的NiCo2O4表面电子轨道等高线图侧视图；NiCo2O4表面VO位附近锚定的原子Ir；以及Ir-NiCo2O4?VO的修正轨道等高线图侧视图；（b）从体晶格到表面区域Co?3d带的PDOSs；（c）从体晶格向表面区域的PDOSs-Ni-3d带；（d）普通NiCo2O4与VO表面Ni和Co位的p?d轨道排列；（e）Ir-NiCo2O4?VO表面Ni、Co和Ir位的p?d轨道排列；（f）晶格O?2p带从体晶格到表面区域的PDOSs；（g）中间氧物种O?2p带的PDOS。图四、催化性能评估（a）商用IrO2，NiCo2O4以及Ir-NiCo2O4NSs在0.5MH2SO4的LSV曲线；（b）用于OER的Ir-NiCo2O4NSs的TOF曲线；（c）用于OER的NiCo2O4和Ir-NiCo2O4NSs在0.5MH2SO4中10mAcm?2的计时电流响应；（d）NiCo2O4和Ir-NiCo2O4NSs在0.5MH2SO4中的EIS曲线；（e）比较了j=10mAcm?2时的过电位和Ir-NiCo2O4NSs与先前报道的OER催化剂在酸性介质中的稳定性；（f）根据NiCo2O4和Ir-NiCo2O4NSs的扫描速率绘制了变化的电流密度差（Δj）；（g）不同温度下用于OER的Ir-NiCo2O4-NSs的LSV曲线；（h）在不同温度下，用于OER的0.5MH2SO4中10mAcm?2下Ir-NiCo2O4NSs的计时电流响应；（i）在0.5MH2SO4中，用于OER的不同氧化物衬底上的LSV曲线。图五、酸性条件下OER途径（a）在U=0V时，四电子碱性OER的路径；（b）在U=1.23V时，OER途径总结；（c）初始反应物、中间产物或最终产物在Ir-NiCo2O4?VO上的局部结构构型。综上所述，作者开发了一种共电沉积策略，在NiCo2O4NSs上制备与VO偶联的Ir?SACs（Ir-NiCo2O4NSs），在酸性介质中表现出增强的OER性能。例如，Ir-NiCo2O4NSs催化剂在j=10mAcm?2时表现出mV的超低过电位和70h的超长稳定性，显示出比其他最近报道的酸性OER催化剂更优越的活性和稳定性。此外，Ir-NiCo2O4NSs在过电位为和mV时也表现出1.13和6.70s?1的超高TOF，在和mV的过电位下，质量活度分别为10.00和28.89AmgIr?1。DFT计算表明，VO附近的表面原子Ir锚定Co位具有较高的电子交换和转移活性。更重要的是，低配位Ni和Co位上的表面Ir原子位合并不仅为H2O的初始吸附和进一步的裂解活化提供了能量上的有利环境，而且通过有效的电子转移提高了Co位的价态稳定性。Ir和Co中心之间的这种协同相互激活对于缓解传统NiCo2O4催化体系中普通Co位的过氧化或价态不稳定性起着关键作用。所设计的策略为制备具有不饱和金属表面的二维金属纳米材料提供了一条很有前景的途径，可以提高材料的本征活性和选择性，可以用于各种能量转换反应。文献链接：IridiumSingleAtomsCouplingwithOxygenVacanciesBoostsOxygenEvolutionReactioninAcidMedia(J.Am.Chem.Soc.,,DOI:10./jacs.0c)席聘贤，男，青年教授，博士生导师。年7月本科毕业于兰州大学化学化工学院应用化学专业，年12月在兰州大学化学化工学院获得无机化学博士学位，在此期间于年到年在美国布朗大学以联合培养的身份从事博士研究工作。年至今在兰州大学化学化工学院从事无机化学教学和科研工作。现主持国家自然科学基金面上项目一项，甘肃省自然科学基金一项,完成青年基金一项，教育部博士点基金一项;在J.Am.Chem.Soc.,Adv.Mater.,ACSNano,Inorg.Chem.,Adv.Funct.Mater.,Chem.Commun.,J.Phys.Chem.C等期刊上发表论文50多篇。黄勃龙，剑桥大学博士，香港理工大学应用生物及化学科技学系助理教授、博士生导师，研究方向为先进理论计算算法开发研究和稀土无机功能材料应用与性质调控。黄勃龙教授长期在固体功能材料电子缺陷态的研究理论和计算技术领域取得了突出的研究成果。近5年来，已在相关领域发表论文80余篇，包括以通讯作者或第一作者发表了多篇Adv.Mater.，Adv.EnergyMater.,NanoEnergy,Chem,ACSCatal.等。同时，黄勃龙老师与国内外前沿课题组(北京大学，新加坡国立大学等)均保持密切合作，共同发表多篇高水平合作文章包括Nature,Science,EnergyEnvironment.Science和NatureCommunication。
本文由大兵哥供稿。
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