近日，鄭州大學化工學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型精心設計和深入解讀，成功調控出高密度非對稱鐵雙原子催化劑，該催化劑在電化學水氧化，鋅空電池和陰離子交換膜電解池中具有優異性能。

探索高效的水氧化催化劑是將可再生能源轉化為燃料所面臨的主要挑戰。單原子催化劑（SACs）因其高原子利用率而受到廣泛關注。由于SACs僅含有單一活性中心，導致其只能與一種含氧中間體結合，從而限制了水氧化反應的活性。因此，構建具有協同作用的雙原子催化劑顯得尤為重要。為此，研究團隊合理設計了在高度缺陷的氮摻雜碳納米片上構建非對稱氮、硫配位的雙原子鐵中心。該鐵雙原子催化劑在堿性介質中展現出優異的水氧化性能，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，優于大多數已報道的水氧化電催化劑。此外，該鐵雙原子催化劑展現出卓越的穩定性，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電極化顯著增強了水氧化反應的活性。

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

該研究得到了國家區域創新發展聯合基金重點項目、國家自然科學青年基金、河南省重點研發項目等資助。

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