曾杰/张志荣Nature子刊：调控位点特异性金属-载体相互作用，提升Ir单原子OER活性

单原子催化剂(SAC)由于其高的原子利用率和独特的电子环境而具有优异的催化活性，近年来在能源催化领域受到广泛关注。在SAC中，金属-载体相互作用(MSI)通过调控金属原子与载体之间的电荷转移而影响SACs的电子性质，从而影响其催化性能。因此，优化MSI对于开发高效的SAC具有重要意义。目前调节MSI的典型方法是调节载体的组成和结构，例如改变载体的种类和用氢气进行还原处理。然而载体的变化也会影响催化剂的活性，这阻碍了对催化剂性能提高的内在原因的深入研究。

此外，尽管还原处理后载体中金属-氧键的数量有所增加，但催化剂的稳定性通常会下降，导致单原子的聚集。因此，在不改变载体的情况下，通过简单地调节单原子的配位结构来调节MSI是非常可取的。鉴于单原子的配位结构与载体表面的特定位点密切相关，对位点特异性MSI的精确调控有助于深入了解MSI与SAC活性之间的相关性。

近日，中国科学技术大学曾杰和张志荣等通过电化学沉积的方法，将Ir单原子精确地锚定在Ni LDH的特定位点上，从而有效地调控Ir SAC的位点特异性MSI。阴极电化学沉积驱动孤立的Ir原子锚定在Ni LDH (Ir₁/Ni LDH-T)上的三重面心立方(fcc)空心位置处，而阳极电化学沉积驱动Ir原子通过一个顶点O原子与氧空位相连(Ir₁/Ni LDH-V)。与Ir₁/Ni LDH-V相比，Ir₁/Ni LDH-T中Ir位点与Ni LDH配位氧之间的共价键更多，从而导致Ir₁/Ni LDH-T的MSI更强。

此外，研究人员还探讨了不同MSI对析氧反应(OER)催化性能的影响。结果表明，Ir₁/Ni LDH-T在10 mA cm^-2电流密度下的过电位为228±3 mV，比Ir₁/Ni LDH-V低73 mV。此外，Ir₁/Ni LDH-T能够在10、20和50 mA cm^-2电流密度下连续稳定运行20小时，且反应后材料的形貌和结构没有发生明显变化。

光谱测试和理论计算表明，Ir原子与Ni LDH之间较强的质子间相互作用通过诱导催化活性中心从Ni位点向Ir位点的转换来激发Ir的活性，进而优化中间体的吸附强度，从而提高OER活性。综上，该项工作深入研究了MSI与OER性能之间的相关性，并提供了一种通过电化学选择性锚定单原子来设计具有位点特异性MSI的高活性催化剂的新策略。

Site-specific metal-support interaction to switch the activity of Ir single atoms for oxygen evolution reaction. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-44815-0