近日，郑州大学化工学院张冰教授课题组在双原子催化剂研究中取得重要进展。团队通过双原子催化剂构型精心设计和深入解读，成功调控出高密度非对称铁双原子催化剂，该催化剂在电化学水氧化，锌空电池和阴离子交换膜电解池中具有优异性能。

探索高效的水氧化催化剂是将可再生能源转化为燃料所面临的主要挑战。单原子催化剂（SACs）因其高原子利用率而受到广泛关注。由于SACs仅含有单一活性中心，导致其只能与一种含氧中间体结合，从而限制了水氧化反应的活性。因此，构建具有协同作用的双原子催化剂显得尤为重要。为此，研究团队合理设计了在高度缺陷的氮掺杂碳纳米片上构建非对称氮、硫配位的双原子铁中心。该铁双原子催化剂在碱性介质中展现出优异的水氧化性能，在10 mA cm⁻²下，该催化剂的过电位仅为193 mV，比商用RuO₂低62 mV，优于大多数已报道的水氧化电催化剂。此外，该铁双原子催化剂展现出卓越的稳定性，在水氧化过程中运行时间超过2000小时，并能够维持97%的活性。理论计算表明，非对称催化剂中铁双原子的自发电极化显著增强了水氧化反应的活性。

研究成果以“High-density asymmetric iron dual-atomsites for efficient and stable electrochemicalwater oxidation”为题，发表于国际权威期刊《Nature Communications》。郑州大学化工学院为第一单位，张黎丽博士生为论文第一作者，郑大尚会姗研究员、郑大王景涛教授、江苏大学孙中体教授和北京理工大学陈文星教授为共同通讯作者。

铁双原子催化剂的合成示意图

该研究得到了国家区域创新发展联合基金重点项目、国家自然科学青年基金、河南省重点研发项目等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53871-5