陈昕/陈晨/李亚栋院士Angew：单原子催化新进展，助力高性能OER/HER双功能电催化剂！

背景介绍

电催化水分解过程包括阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)。由于其动力学缓慢，电子传递过程复杂，需要使用一种高效的电催化剂才能实现大规模的应用。为了开发高活性和稳定的电催化剂，研究人员筛选了多种催化剂，包括贵金属、非贵金属和金属氧化物。

在贵金属中，Ir基催化剂对OER表现出显著的活性和稳定性，而Pt基电催化剂是最佳的HER催化剂。虽然基于非贵金属过渡金属的纳米材料在水分解中也发挥着重要作用，但其性能还不能与贵金属基催化剂相比。特别是，作为Pt和Ir的廉价替代品，Ru基电催化剂作为OER电催化剂得到了广泛的研究，最近也得到了用于电催化HER的考虑。

然而，大多数报道的Ru基催化剂制备步骤复杂，在碱性溶液中OER过程中存在严重的过氧化和溶解现象，在酸性环境中存在较高的HER过电位，难以实际应用。因此，设计新的Ru基电催化剂来解决这些问题是非常重要的。

成果介绍

陈昕/陈晨/李亚栋院士Angew：单原子催化新进展，助力高性能OER/HER双功能电催化剂！

北京科技大学陈昕、清华大学陈晨、李亚栋院士等人成功地通过水热过程、将单原子Co嵌入到RuO₂球中(记为Co-SAC/RuO₂)，并通过XAS、AC-STEM和DFT计算对RuO₂球中的单原子Co进行了确认。Co与RuO₂的结合显著提高了其对OER和HER的效率，所得到的催化剂在1 M KOH中、在10 mA/cm²处OER过电位仅为200 mV，在0.5 M H₂SO₄中、在10 mA/cm²处HER过电位仅为45 mV。在20小时的连续测试中，该催化剂的性能没有发生任何显著变化。

单原子Co调制策略不仅大大缓解了碱性OER条件下RuO₂的稳定性问题，而且显著提高了酸性OER条件下Ru基电催化剂的HER活性。相关工作以Cobalt Single Atom Incorporated in Ruthenium Oxide Sphere: A Robust Bifunctional Electrocatalyst for HER and OER为题在Angewandte Chemie International Edition上发表论文。

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