清华大学化学系陈晨

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由于电解水阴极析氢（HER）和阳极析氧（OER）反应的动力学缓慢，因此必须发展高效的电催化剂以促进水的加速电解。相比于昂贵的Ir基和Pt基催化剂而言，Ru基催化剂最近在OER和HER领域引起了广泛关注。然而，大多数的Ru基催化剂制备方法复杂，并且在OER条件下会被严重氧化和溶解，导致稳定性较差，因此必须设计新型Ru基催化剂解决这个难题。单原子催化剂由于具有高的原子利用率在催化领域引起了广泛的兴趣，尤其是单原子可以调控贵金属催化剂周边原子的电子结构和局部原子构型，从而实现电催化性能的增强。
       鉴于此，清华大学陈晨教授等人通过一步水热法合成出一种嵌入在RuO2球中的Co单原子催化剂（Co-SAC/RuO2），实现了卓越的碱性OER和酸性HER性能，揭示了Co单原子在调控RuO2电子结构方面的独特作用。


        本文要点：
       1) 首先通过一步水热法合成出Co-SAC/RuO2，通过球差电镜、同步辐射等表征手段证实了嵌入在RuO2球中的Co单原子结构；
       2) Co单原子的嵌入可以调控周边Ru原子的电子结构，从而实现HER和OER性能的增强，在1.0 M KOH电解质中，Co-SAC/RuO2在10 mA cm-2电流密度下的OER过电位仅为200 mV，在0.5 M H2SO4电解质中的HER过电位为45 mV，并且均可以稳定地循环超过20小时；
       3) 实验和密度泛函理论（DFT）计算结果均表明，与RuO2相比，掺入Co单原子后，可以降低Co-SAC/RuO2的HER和OER的能垒，从而实现活性的增强。
        Khadim Shah, et al., Cobalt single atom incorporated in ruthenium oxide sphere: A robust bifunctional electrocatalyst for HER and OER. Angew. Chem. Int. Ed., doi: 10.1002/anie.202114951.