开发廉价、稳定、高效的电化学析氧（OER）活性材料对发展低成本水分解系统和金属空气电池具有重要意义。近年来，由于其超高的活性原子利用率与独特的物化特性，亚纳米尺度催化材料（亚纳米团簇或单原子位点催化剂，SNCs），在诸多电催化反应中展现出了不同于普通纳米催化剂的优异性能。然而，目前用于电催化的SNCs多数负载于非氧化物载体上，例如碳基材料（M-N）、硫化物（M-S）、氮化物（M-N）等，其在高氧化电位下稳定性有限；在此背景下，研究人员又难以准确剖析SNCs本征微观结构与催化特性之间的内在关联，这在较大程度上阻碍了其在OER催化中的应用和研究。
针对上述问题，北京工业大学严勇副教授、南京理工大学阚二军教授、中科院理化所张铁锐研究员等人，将亚纳米尺度的CoOx团簇均匀分散于耐电化学氧化的金红石TiO2载体上（Co-TiO2），该材料展现出了优异的OER催化活性与稳定性。相关结果发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202009610）上。
Co-TiO2的电子和几何结构表征结果表明，CoOx团簇具有高氧化态特性（Co3+≈78.1％），其短程原子排列与Co3O4晶胞类似，并被稳定地取代性限域于金红石TiO2晶格结构中，形成了CoOx团簇与TiO2载体之间的强相互作用。在此情况下，Co-TiO2展现出了优于标准Co3O4和RuO2活性材料的OER催化性能。将BET比表面积作为归一化条件， Co-TiO2在350 mV过电位下的本征OER催化电流密度（jBET）可达0.361 mA cm-2，翻转频率（TOF）约为3.250 s-1；另一方面，Co-TiO2的OER催化稳定性也较为突出，其在400 mV过电位下反应30000 s， OER电流密度衰减仅为6.5%，且CoOx团簇的聚集和溶解十分轻微。原位X射线吸收谱(XAFS)和理论计算等催化机理分析结果指出，Co掺杂原子不仅是活性位点，而且起到了调节TiO2载体电子结构的作用，其激活了与之相邻Ti原子的OER活性，诱导形成了Co-Ti协同催化中心，其中OH*和O*过渡态更倾向于吸附在Co和Ti的桥连位点上，可有效降低OER能垒。此项研究可以为设计构筑稳定高效的非贵金属亚纳米尺度OER催化剂提供新的研究思路和理论依据。
