开发低成本、高效的析氧反应（OER）电催化剂是提高水分解反应效率的关键。尽管MoS₂是一种很有前途的OER电催化剂，但由于其对氧化中间体OH*和OOH*的弱吸附，其OER活性比较差。

近日，中科院上硅所刘建军研究员，北京理工大学Yao Zhou提出了一种设计3d-TM-O_x（x=3，6；TM：过渡金属）单原子催化中心的策略，通过从[TMO₆]到[TMO₃]的前所未有的动态配位转换来实现高OER催化活性。

文章要点

1）通过第一性原理计算和分子动力学模拟，研究人员预测了共掺杂具有六配位TM（TM=Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe和Co）和三配位TM（TM=Ni，Cu和Zn）结构的六个MoS₂氧原子（3d-TMO₆@MoS₂）的3d过渡金属原子（3d-TM）。计算结果表明，随着氧化中间体的接近，这些六配位的TM被诱导转变为四配位结构。动态单原子催化机理使活性中心及其特定轨道（A’₁）暴露于吸附效应，有利于加强氧化中间体的吸附，提高OER催化活性。

2）对比计算表明，TMO₆@MoS₂（TM=Fe，Mn和Co）物种对OER具有比基准IrO₂更出色的电催化活性。实验拉曼光谱表明，FeO₆@MoS₂在OER过程中经历了从[TMO₆]到[TMO₃]的配位转变。此外，在电流密度为10 mA cm^-2时，0.18 V的低过电位和良好的结构稳定性与计算预测相一致。

本研究对深入理解过渡金属二硫属化物的单原子催化结构和调节单原子中心的催化活性具有重要意义。

参考文献

Nian Ran, et al, Dynamic Coordination Transformation of Active Site in Single-Atom MoS₂ Catalyst for Boosted Oxygen Evolution Catalysis, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D1EE02750F

https://doi.org/10.1039/D1EE02750F