析氧反应 (OER) 是通过水分解或 CO2 电还原产生燃料的重要阳极反应。含有 Co、Fe 或 Ni 的混合金属氧化物已被证明是碱性介质中最有前途的 OER 电催化剂。然而，由于它们的多相性质，这些催化剂的活性位点和反应机理很难研究。
有鉴于此，国立台湾大学陈浩铭教授、洛桑联邦理工学院胡喜乐教授等人，描述了通过原位电化学转化从单原子前体合成含钴、铁和镍的双原子催化剂的普适性方法。
本文要点
1）报道了这种原位转化普遍适用于含Co、Fe和Ni的单原子预催化剂，并得到一系列双原子催化剂。这些催化剂的结构由原位 X 射线吸收光谱 (XAS) 表征，辅以像差校正的扫描透射电子显微镜分析。表征揭示了这些负载型催化剂的类分子双金属活性位点。
2）初始Ni-N-C预催化剂表现出较差的OER性能。像差校正的 HAADF-STEM 图像证实了可能的双原子催化剂的形成，并且在所有活化的催化剂中均未观察到明显的纳米颗粒，包括 Co-Ni-N-C、Co-Co-N-C、Fe-Ni-N -C 和 Fe-Co-N-C。所有催化剂在计时电位电解中都表现出稳定的 OER 性能至少 5 小时。这些催化剂的 OER 法拉第效率接近 100%。
3）对于每种催化剂，揭示了一个普遍存在的双金属位点催化循环，具有协同效应，遵循类似的O-O键形成步骤；但在OH-形成O-O键的位点和来源、以及质子和电子转移的顺序等方面存在差异。
总之，该工作证明了双原子催化剂是非均相 OER 电催化剂基础研究的有吸引力的平台。
参考文献：
Bai, L., Hsu, CS., Alexander, D.T.L. et al. Double-atom catalysts as a molecular platform for heterogeneous oxygen evolution electrocatalysis. Nat Energy (2021).
DOI: 10.1038/s41560-021-00925-3
https://doi.org/10.1038/s41560-021-00925-3
