KAUST/物构所Angew.：反向捕获高氧化态单原子，显著提升析氧反应动力学

3d过渡金属(Co、Ni、Fe等)基杂化物通常作为电化学OER的主要催化剂，其中催化剂的结构在反应过程中会不可避免的转化为金属氢氧化物，并且其被认为是OER反应的真正活性物种。

这些3d金属的氧化循环被认为是OER的热力学限制过程，因此，预测将高价外源金属捕获到金属氢氧化物中，应该是调整3d金属氧化循环能量学的一种可能的策略。在高氧化态下，载体和新修饰的物种之间的电子耦合是调整电子构型以大大优化催化性能的关键。

与此同时，记录金属氢氧化物生成过程中原位电化学环境转变的动态过程对于高效催化剂的构建具有重要意义，但是由于多相电催化剂的结构复杂性，使得阐明其动态结构演化和OER机制仍然非常困难。

近日，中国科学院福建物构所张健和阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的张华彬等报道了一种反向原子捕获策略，通过超快速的OER过程中，从非晶态MoOx修饰的CoSe₂(a-MoOx@CoSe₂)预催化剂中提取分离的Mo原子到Co基氢氧化物中(Mo-CoOOH)。

原位表征表明，Mo的提取不仅加速了催化剂自重构的动态响应，而且加速了Co氧化成羟基氧化物物种；同时，超快的自重构过程使得Mo原子被捕获到CoOOH晶格中，形成更高的共价Co-O-Mo键。

实验结果和理论计算表明，在高氧化态下，通过与Mo物种的有效电子耦合，极大地激活了Co物种，并且高价Mo能有效促进较好的Co氧化循环，从而实现较低的OER过电位。

电化学性能测试结果显示，经过自重构过程得到的Mo-CoOOH催化剂在1.0 M KOH溶液中达到50/100 mA cm^-2电流密度所需的过电位仅为270/297 mV，优大多数报道的OER催化剂。此外，Mo-CoOOH电极经过2000次CV循环后，在50 mA cm^-2电流密度下的过电位略增加15 mV，表明其具有良好的稳定性。

综上，该项研究首次详细介绍了在原位OER条件下对高价金属的捕获情况，并建立了设计高活性OER电催化剂的优化原理，为直接合成原子分散电催化剂进行高效水分解提供了思路。

Reversely Trapping Isolated Atoms in High Oxidation for Accelerating the Oxygen Evolution Reaction Kinetics. Angewandte Chemie International Edition, 2023. DOI: 10.1002/anie.202309341

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