Operando XAS对Ni-Fe-N-c . a .的研究该研究团队设计了一个双原子催化剂平台，用于非均相OER电催化剂的基础研究，提供了一个关于原子构型和化学状态如何影响其最终催化性质的综合操作研究模型。尽管OER的双功能催化的概念是在几篇主要是理论性的论文中提出的，但这项工作首次提供了一种稳定的非贵金属双原子催化剂的实验证明，它优于最好的常规催化剂。该团队认为，他们的工作可以激发大量后续研究，采用双原子催化作为新的设计策略，从而产生下一代高级OER催化剂。信用:白等。析氧反应()是一种能产生氧气的化学反应。该反应对于通过水分解或通过CO2的电还原生产燃料至关重要。迄今为止，已经发现含钴、铁或镍的混合金属氧化物是引发该反应的最有前途的电催化剂。然而，由于它们的异质性，这些催化剂及其反应机理可能难以研究。
近年来，科学家们也一直在密切研究原子分散催化剂，这是一类新兴的具有高原子效率的多相电催化剂，包括单原子催化剂和离散的亚纳米簇。这种新型催化剂的特点是活性位点均匀且清晰，可能更容易探测和检查。
洛桑联邦理工学院(EPFL)和国立台湾大学的研究人员最近引入了一个新的分子平台，可用于促进和研究非均相OER电催化。该平台在《自然能源》上发表的一篇论文中介绍，它基于双原子催化剂，在这种催化剂中，所有活性金属物种都以两个定义的原子存在。
“尽管最近报道了一些原子级分散的OER催化剂，但它们在OER期间的活性位点结构仍不清楚，”进行这项研究的研究人员之一陈浩明告诉TechXplore。“在我们之前的工作中，我们展示了我们可以将单原子钴预催化剂原位转化为OER的钴铁双原子催化剂。这种催化剂是金属氧化物中周转频率最高的催化剂之一。”
陈和他的同事们利用一种被称为“操作型X射线吸收光谱技术”的技术，证明了他们创造的催化剂的活性部位是二聚体钴铁部分。他们的发现最终证明了双原子分子平台在开发明确且高活性的OER催化剂方面的潜力。
“我们认为，目前多相析氧电催化最重要的课题之一是开发新的方法，促进对活性多相催化剂的理解，”陈说。"然而，在我们以前的工作中，我们只演示了钴铁双原子催化剂."
为了证明双原子催化剂对非均相OER电催化的整体有效性，研究人员表明含钴、铁和镍的单原子前催化剂转化为双原子催化剂是可能的。因此，他们创造了各种双原子催化剂，并使用XAS操作和高能分辨荧光检测(HERFD) XAS表征了它们的结构。此外，他们用一种被称为像差校正扫描透射电子显微镜分析的方法对它们进行了检查。
“这些等结构和确定的催化剂为非均相OER催化剂的机理研究提供了一个罕见的分子框架，”陈说。“这里介绍的双原子催化剂可以被认为是混合金属氧化物活性中心的分子模型，它们是OER最活跃的催化剂之一。”
陈和他的同事最近的工作介绍了双原子催化剂作为催化的一个新的有价值的平台。此外，研究人员概述了合成这些催化剂的简单直接的方法。
“通过利用操作x光吸收研究和对所有催化剂进行电动分析，我们可以推断出OER的催化循环，这是极具挑战性的，迄今为止还没有实现，”陈说。“因为我们的催化剂具有分子定义的活性位点，所以它们连接了分子和非均相固态催化剂。相应的机械论研究应该会产生深远的影响。”
未来，该研究团队提出的新分子平台可用于更深入地研究非均相OER电催化剂。例如，它可以帮助材料科学家更好地理解催化剂的原子构型和化学状态如何影响其催化性质。
“我们相信，我们的工作将激发大量后续研究，采用双原子催化作为新的设计策略，也可能适用于其他非均相电催化剂，”陈补充说。“例如，在电化学CO2还原中，可以推测C-C偶联必须发生在催化表面上，以形成C-C键形成，用于生成C2产物，如C2H4和C2H5OH。我们计划开发用于非均相电化学二氧化碳还原的双原子电催化剂。”
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