近日，鄭州大學(xué)化工學(xué)院張冰教授課題組在雙原子催化劑研究中取得重要進展。團隊通過雙原子催化劑構(gòu)型精心設(shè)計和深入解讀，成功調(diào)控出高密度非對稱鐵雙原子催化劑，該催化劑在電化學(xué)水氧化，鋅空電池和陰離子交換膜電解池中具有優(yōu)異性能。

探索高效的水氧化催化劑是將可再生能源轉(zhuǎn)化為燃料所面臨的主要挑戰(zhàn)。單原子催化劑（SACs）因其高原子利用率而受到廣泛關(guān)注。由于SACs僅含有單一活性中心，導(dǎo)致其只能與一種含氧中間體結(jié)合，從而限制了水氧化反應(yīng)的活性。因此，構(gòu)建具有協(xié)同作用的雙原子催化劑顯得尤為重要。為此，研究團隊合理設(shè)計了在高度缺陷的氮摻雜碳納米片上構(gòu)建非對稱氮、硫配位的雙原子鐵中心。該鐵雙原子催化劑在堿性介質(zhì)中展現(xiàn)出優(yōu)異的水氧化性能，在10 mA cm?2下，該催化劑的過電位僅為193 mV，比商用RuO?低62 mV，優(yōu)于大多數(shù)已報道的水氧化電催化劑。此外，該鐵雙原子催化劑展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性，在水氧化過程中運行時間超過2000小時，并能夠維持97%的活性。理論計算表明，非對稱催化劑中鐵雙原子的自發(fā)電極化顯著增強了水氧化反應(yīng)的活性。

研究成果以“High-density asymmetric iron dual-atom sites for efficient and stable electrochemical water oxidation”為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Nature Communications》上。鄭州大學(xué)化工學(xué)院為第一單位，張黎麗博士生為論文第一作者，鄭州大學(xué)尚會姍研究員、王景濤教授、江蘇大學(xué)孫中體教授和北京理工大學(xué)陳文星教授為共同通訊作者。

該研究得到了國家區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點項目、國家自然科學(xué)青年基金、河南省重點研發(fā)項目等資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53871-5

鐵雙原子催化劑的合成示意圖