近年来，单原子催化剂（SACs）在能量转换/储存方面的应用受到了人们广泛的关注，但由于其易于迁移的特点，负载量较低是其实际应用面临的一个主要瓶颈。在节能制氢方面，用热力学上有利的尿素氧化反应（UOR）代替缓慢的析氧反应（OER）具有很大的应用前景，同时还可以缓解富含尿素的水污染问题。然而，缺乏高效的电催化剂来克服固有的缓慢动力学，限制了UOR的实际应用。

基于此，韩国成均馆大学Hyoyoung Lee报道了开发了一种简单的表面应变策略来实现SACs的高负载量（特别是贵金属：Rh_SA/Pt_SA/Ir_SA/Ru_SA），从而显著提高了SACs的催化活性。

文章要点

1）研究人员通过液氮淬冷法在Co₃O₄载体表面引入拉伸应变，成功地使Rh_SA位点在S-Co₃O₄（Rh_SA-S-Co₃O₄；体负载量约6.6 wt%/表面负载量约11.6 wt%）表面的负载量比P-Co₃O₄高出约200%。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，与P-Co₃O₄相比，Rh_SA在S-Co₃O₄表面具有较大负值的迁移能，在S-Co₃O₄表面的迁移能垒明显增大，从而说明了S-Co₃O₄表面的Rh_SA位点更具有热稳定，而结合的表面应变的稳定作用抑制了Rh_SA在S-Co₃O₄表面的迁移/团聚。

3）更值得注意的是，所获得的Rh_SA-S-Co₃O₄具有优异的pH通用的UOR性能，具有创纪录的低工作电位，远远超过所有其他已报道的催化剂，甚至超过Pt/Rh-C。此外，理论计算表明，Rh_SA位点促进了尿素分子的吸附/活化，进一步稳定了关键中间体（CO*/NH*），显著降低了RDS的势垒，加速了UOR活性。

4）双功能Rh_SA-S-Co₃O₄组装的尿素电解槽在碱性介质中表现出优异的性能，显示了其在大规模节能制氢方面的潜力。

这种表面应变策略有望在不久的将来为稳定高负载量的SACs开辟一条新的途径，并实现其广泛的应用。

参考文献

Ashwani Kumar, et al, Discovering  Ultrahigh-Loading  of  Single-Metal-Atom via  Surface  Tensile-Strain for Unprecedented Urea Electrolysis, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE02603H.

https://doi.org/10.1039/D1EE02603H