​华科EES: CoSA-MoCeOx封装在碳纳米管中，助力提高PEMWE活性和稳定性

由可持续电能驱动的水分解为生产具有高能量密度的绿色氢提供了一种有效的策略。与碱性水电解装置相比，质子交换膜水电解槽(PEMWEs)具有结构紧凑、理论电流密度高、能源效率高和气体纯度高等明显优势。然而，阳极处的析氧反应(OER)动力学缓慢，催化剂酸腐蚀严重，导致PEMWE活性和稳定性不足。

目前，只有少数贵金属基催化剂(如IrO₂和RuO₂)被用于酸性水氧化，但它们的高成本和低丰度严重限制了PEMWEs的广泛应用。为克服上述问题，目前迫切需要设计并开发出有效的非贵金属基电催化剂用于酸性OER。

近日，华中科技大学李箐和王谭源等制备了一种封装在竹状碳纳米管中的非晶态Mo-Ce氧化物负载的单原子Co催化剂(Co_SA-MoCeO_x@BCT)，并将其作为PEMWEs的高性能非贵金属OER催化剂。

原位拉曼光谱和XAS表征结果表明，在低电位下Mo-Ce氧化物载体可以促进Co_SA-MoCeO_x@BCT中Co²⁺-O位点向Co³⁺-O位点的原位转化，它可以有效地调节具有丰富氧空位的催化剂的晶格氧活性，生成双金属位点LOM通路，打破尺度关系，显著提高材料的固有OER活性。此外，BCT对Co_SA-MoCeO_x的限制效应可以减少催化剂与酸性电解质的直接接触，提高其耐蚀性。

性能测试结果显示，在0.5 M H₂SO₄溶液中，优化的Co_SA-MoCeO_x@BCT催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位仅为239 mV，并且基于该催化剂的PEMWEs能够连续稳定运行超过60小时，优于大多数文献报道的非贵金属电催化剂。

此外，密度泛函理论(DFT)计算表明，在双金属位点LOM过程中，单原子Co位点可以将OER的能垒从1.60 eV降低到1.08 eV，从而促进OER动力学；同时，Co位点与Mo-Ce氧化物的强相互作用使Co_SA-MoCeO_x@BCT中Mo原子的空位能从4.70 eV增加到8.72 eV，从而进一步降低了Mo原子的溶解，提高了材料的稳定性。总的来说，该项工作为设计高效的低过电位酸性水氧化非贵金属电催化剂提供重要的指导。

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 & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE00173G