近日，我院张佳楠教授团队在国际顶级期刊《Nature Commounications》发表题为 “Dual-site segmentally synergistic catalysis mechanism: boosting CoFeS_x nanocluster for sustainable water oxidation” 的观点文章。论文第一作者为郑州大学材料科学与工程学院博士研究生徐斯然，通讯作者为郑州大学材料科学与工程学院张佳楠教授，郑州大学为第一通讯单位。

氢能作为理想的零碳能源，因其高热值和清洁使用受到重视。当前，电解水是生成氢气的可再生方法，但阴极析氧反应(OER)的四电子传递步骤导致动力学缓慢。研发出高效、稳定、低成本的析氧反应电催化剂在实际应用方面具有重要意义。虽然铱二氧化物(IrO₂)和钌二氧化物(RuO₂)是有效的OER催化剂，但它们的高成本、稀缺性和在碱性条件下的不稳定性限制了实际应用。因此，寻找经济高效的非贵金属OER电催化剂就迫在眉睫。近年来，过渡金属基催化剂在低成本、原子利用率高、化学性质活跃、电子结构可调等方面备受关注。尤其是双位点催化剂利用协同效应促进整体反应动力学，已经成为原子级催化剂向更高效催化的延伸方向，但其真正机理仍存在争议。

张佳楠教授课题组设计合成了一种新型铁磁性双位点CoFeS_x团簇催化剂，同时优化双活性位点的电子态，调控位点与多步催化中间体之间的结合行为，提出了双位点双段耦合机制，在碱性介质中获得具有优异的OER活性和稳定性。该工作揭示了从电子自旋角度对催化过氧物种动态演变诱导的新型氧路径催化机理，为双活性位上的多步质子耦合过程提出了新的见解。

文章链接： https://doi.org/10.1038/s41467-024-45700-6

该研究得到了国家自然科学基金、河南省科技研发计划联合重点项目等基金的支持。