開發(fā)高效、耐用的富含稀土的酸性析氧反應(yīng)（OER）電催化劑是質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWEs）大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。
基于此，華中科技大學(xué)李箐教授和王譚源副教授等人報(bào)道了一種新型的無定形Mo-Ce氧化物負(fù)載的單原子Co（CoSA-MoCeOx）封裝在類竹碳納米管（BCT）催化劑（CoSA-MoCeOx@BCT）中用于酸性O(shè)ER。優(yōu)化后的催化劑在0.5 M H2SO4中，在10 mA cm-2下OER的過電位為239 mV，在PEMWEs中穩(wěn)定運(yùn)行超過60 h，是最好的非貴金屬催化劑之一。通過DFT計(jì)算，作者研究了CoSA-MoCeOx的高活性和穩(wěn)定性的來源。MoCeOx和CoSA-MoCeOx的成鍵軌道分布比原始MoO3強(qiáng)得多，有助于在OER過程中吸附中間體并激活晶格氧，從而提高了電活性。通過LOM的雙金屬位點(diǎn)機(jī)制，作者計(jì)算了酸性O(shè)ER在MoO3、MoCeOx和CoSA-MoCeOx上的能量途徑。MoO3中電位決定步驟（PDS）的自由能勢(shì)壘計(jì)算為析出O2后一個(gè)晶格氧空位的補(bǔ)償，為1.60 eV。而對(duì)于MoCeOx和CoSA-MoCeOx，PDS轉(zhuǎn)變?yōu)镺2析出后第2晶格氧空位的補(bǔ)償，能壘降低。此外，對(duì)比MoCeOx，作為OER活性位點(diǎn)的單原子Co位點(diǎn)可將電位差從1.26 eV減小到1.08 eV，表明單原子Co位點(diǎn)有利于催化劑的OER動(dòng)力學(xué)。CoSA-MoCeOx的Mo空位形成能遠(yuǎn)高于MoO3和MoCeOx，證明引入單原子Co位點(diǎn)和無定形Mo-Ce氧化物結(jié)構(gòu)可有效抑制Mo原子在酸中的溶解，提高電催化劑的穩(wěn)定性。Single-atom Co dispersed on polyoxometalate derivatives confined in bamboo-like carbon nanotubes enabling efficient dual-site lattice oxygen mediated oxygen evolution electrocatalysis for acidic water electrolyzers. Energy Environ. Sci., 2024, DOI: https://doi.org/10.1039/D4EE00173G.
