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多相催化剂的二维（ 2D ）表面或一维（ 1D ）界面对于确定所需活性的反应中间体的吸附强度和构型至关重要。最近，单原子催化剂的发展使人们能够从原子水平上理解催化过程。然而，目前人们对传统的 1D 界面的概念和机制是否适用于零维单原子仍不是很清楚。

近日， 中科大曾杰教授，周仕明 报道了单原子相对于载体的位置对它们与反应中间体的界面相互作用起着至关重要的作用。

本文要点

要点 1.  虽然 Ir ₁ /CoOOH _lat 和 Ir ₁ /CoOOH _sur 中的单原子 Ir 具有相似的 IrO ₆ 配位，但 IrO ₆ 八面体与 CoOOH 载体的连接方式在很大程度上决定了 Ir 和 Co 之间的电子转移程度。对于 Ir ₁ /CoOOH _lat ，晶格掺杂的 Ir 和相邻的 Co 位之间通过边缘共享的八面体发生了显著的电子交换。

要点2 .  结果表明， Ir 和 Co 的 PDOS 强烈重叠，使 Co d 带中心上移，强化了 OER 中间体的吸附。对于 Ir ₁ /CoOOH _sur ，共角共用 IrO ₆ 和 CoOOH 载体之间的相互作用太弱，不能引起显著的电子转移，这由 Ir 相对于 Co 在费米能级附近的独立 PDOS 所表明。相应地，其 Co d 带中心的轻微移动表明，其他因素影响其中间体的能垒低于 Ir ₁ /CoOOH _lat 。具体来说， Ir ₁ /CoOOH _sur 上含氧中间体的自由能主要受 Ir-OH-Co 界面上空间相互作用的调节。此外，密度泛函理论（ DFT ）计算和原位 - 红外光谱实验都证实了 Ir 原子物种与关键中间体 *OOH 之间存在氢键。在这一点上，可以分别考察电子相互作用和空间相互作用的影响。

要点3 .  电化学测试表明，在 10 mA cm ⁻² 时， I _r1 /CoOOH _su r 的过电位比 Ir ₁ /CoOOH _lat 低 110 mV 。

 

Chen Feng, et al, Tuning the Electronic and Steric Interaction at the Atomic Interface for Enhanced Oxygen Evolution, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00533

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00533

目前人们研究单原子催化剂的均匀性只考虑到一阶近似结构，但是由于真实催化剂基底存在不同拓扑结构或者缺陷结构，导致存在非常广泛的配位环境，因此真正实现均一结构的单原子催化剂需要精确控制单原子的配位点结构。

有鉴于此， 中国科学技术大学曾杰、周仕明、鲍骏、孔源等 报道通过电化学沉积方法将单原子 Ir 选择性的 分别 修饰在三重空位（ three-fold hollow site ）位点（ Ir ₁ /T _o -CoOOH ）、氧缺陷位点（ Ir ₁ /V _o -CoOOH ）、缺陷 CoOOH 表面，考察担载位点的改变对催化反应活性的影响。

本文要点

要点 1.  研究发现 Ir ₁ /T _o -CoOOH 、 Ir ₁ /V _o -CoOOH 位点的 OER 性能相比于缺陷 CoOOH 位点的性能更好，性能的改善遵循不同机理。在 OER 电催化反应活性中发现，   Ir ₁ /V _o -CoOOH 在 10 mA cm ^-2 电流密度的 OER 过电势为 200 mV ，这比 Ir ₁ /T _o -CoOOH 的过电势低 70 mV 。

要点2 .  在 Ir ₁ /T _o -CoOOH 位点，单原子 Ir ₁ 与基底之间的强电子相互作用能够改善催化活性中心的电子结构，因此导致催化活性位点对催化反应的中间体产生较强的亲和性；在 Ir ₁ /V _o -CoOOH 位点， 单原子 Ir ₁ 的配位 O 原子与氧化产物中间体物种间形成氢键，因此能够稳定中间体物种，降低反应决速步骤能垒 。

Zhang, Z., Feng, C., Wang, D. et al. Selectively anchoring single atoms on specific sites of supports for improved oxygen evolution. Nat Commun 13, 2473 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-30148-3

https://www.nature.com/articles/s41467-022-30148-3

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通过可再生能源产生的氢气对 CO ₂ 还原转化是实现可持续制备长链烯烃 C ₄₊ ⁼ 的一种可行方法，目前这种长链烯烃通常从石油原料进行制备。

有鉴于此， 中国科学技术大学曾杰、 李洪良 等 报道 Cu-Fe 催化剂能够在温和压力进行工作，反应产物中的 C ₄₊ ⁼ 选择性达到 66.9 % （与目前报道结果 C ₄₊ ⁼ 选择性 66.8 % 类似，但是需要在 35 bar 高压条件进行电催化）。

Li, Z., Wu, W., Wang, M. et al. Ambient-pressure hydrogenation of CO2 into long-chain olefins. Nat Commun 13, 2396 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-29971-5

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29971-5

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