通过阴离子调节来操控活性中心的配位环境以揭示定制的活性和选择性已得到广泛实现,特别是对于碳基单原子位点催化剂(SACs)。然而,很少探索通过单点金属阳离子调节来调节活性中心的配体场并确定对所得电子构型的影响。
基于此,清华大学李亚栋院士和王定胜副教授(共同通讯作者)等人报道了一种单位点Ru阳离子配位策略,通过构建具有原子分散的Ru-Co对位点的Ru/LiCoO2 SAC来设计电子特性。
作为概念验证演示,作者通过将单位点Ru原子结合到层状LiCoO2中,构建了具有原子分散的Ru-Co对位点的 Ru/LiCoO2 SAC。微观表征揭示了LiCoO2上独特的Ru-Co对位点的存在。密度泛函理论(DFT)计算和X射线吸收研究揭示了Ru和Co位点之间的强电子耦合,这使催化剂具有提高的电导率、优化的结合能和加速的OER动力学。
实验测试发现,所制备的催化剂显示出1.303 V的低起始电位、10 mA cm-2时247 mV的过电位、高质量活性(在335 mV的低过电位下为1000 A goxide-1)和优异的长期稳定性。在电流密度为50 mA cm-2和100 mA cm-2下运行稳定190 h后而明显衰减。
此外,该催化剂在锌-空气电池(ZAB)中也表现出比商用IrO2更好的性能,具有优异的充电和倍率性能以及出色的稳定性,这进一步暗示了阳离子配位调制在定制电子结构以促进电催化剂的整体性能。
Ru-Co Pair Sites Catalyst Boosts the Energetics for Oxygen Evolution Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202205946.
https://doi.org/10.1002/anie.202205946.