杨英威/熊英JACS：Mo、Ir和N的协同作用，助力六元瓜环衍生的IrMo-CBC高效催化碱性HER

氢气具有可再生、环境友好、高热值等特点，是传统化石能源的首选替代品。电化学水分解析氢反应(HER)为电能转化为化学能提供了一种实用而有效的途径。与酸性介质中的电解水相比，碱性电解槽中的析氢反应由于其反应条件更温和、能量转换效率更高，已经实现了工业应用。然而，由于在酸性电解过程中不存在实现初始水解离步骤(Volmer步骤: H₂O+e^–→H*+OH^–)的额外能垒，在碱性电解质中的HER动力学比在酸性条件下慢2-3个数量级。因此，开发适用于碱性电解质的电催化剂对于强化反应动力学、提高传质效率以及以最小的过电位触发质子还原反应至关重要。

近日，吉林大学杨英威和辽宁大学熊英等通过无模板法制备了一种六元瓜环衍生的IrMo纳米团簇掺杂的富氮介孔碳电催化剂(IrMo-CBC)，以实现高效电催化水分解产氢。CBC基质丰富的N含量和独特的面内通道不仅可以稳定IrMo纳米团簇，而且可以产生和暴露更多的催化界面和活性位点，从而促进氢气的释放。

因此，最优的IrMo-CBC-4.2催化剂在碱性介质(1.0 M KOH)中具有优异的电催化活性，在10 mA cm^-2电流密度下的过电位仅为12 mV，Tafel斜率为28.06 mV dec^-1。此外，该催化剂在10 mA cm^-2电流密度下连续运行100小时而没有发生明显的活性下降，并且反应后材料的结构也未发生变化，证明该催化剂在反应过程中具有优异的稳定性。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，亲氧Mo位点的引入使水分子能够快速、自发地吸附在IrMo纳米团簇的Mo上，降低了水分子吸附和解离过程的自由能；同时，IrMo-CBC上Mo、Ir和N原子之间的协同作用，这可以有效地调节水吸附和解离过程的能垒，进一步促进Volmer步骤，大大提高本征催化活性。还有就是前文提到的，六元瓜环衍生的富氮CBC基质也使IrMo-CBC具有更多的活性位点，进而表现出优异的HER性能。

IrMo Nanocluster-Doped Porous Carbon Electrocatalysts Derived from Cucurbit[6]uril Boost Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c03489