氢能以其绿色、低碳、高热值等特性，成为解决能源危机的新钥匙。电化学上，水分解作为一种有前途的制氢技术备受关注。然而，阳极的氧析出反应(OER)动力学缓慢，限制了整体能量转换效率。因此，开发高效的OER催化剂至关重要。
近日，中国科学技术大学鲍俊教授团队发现，钴基氧化物负载高密度Ir单原子催化剂在电化学OER中表现出优异的性能，这种性能与相邻单原子间的协同作用密切相关，该研究发表在《应用化学》上。
单原子催化剂(SAC)的性能与表面单原子的密度密切相关。随着单原子密度的增加，原子之间的距离减小，导致邻近协同效应的出现，从而优化反应中间体的吸附行为，进而提升催化剂的整体性能。因此，构建高密度单原子是提高催化剂性能的有效策略。
为了实现高密度单原子的精准制备，该团队将Ga原子引入钴基氧化物晶格中，从而调控单原子锚定位点的电子结构，显著增强了氧缺陷位点与单原子前驱体之间的结合强度，成功构建了一系列高密度单原子复合体。
研究团队评估了这些催化剂的OER性能，探讨了高密度单原子的邻近协同效应。结果表明，高密度Ir单原子催化剂Nei-Ir1/CoGaOOH在10mAcm-2电流密度下表现出170mV的低过电位，并具有超过2000h的长效稳定性。此外，该催化剂在碱性电解液中以1Acm-2电流密度稳定运行超过50h。原位拉曼光谱证实催化剂在OER过程中保持结构稳定性。
进一步的机理研究表明，催化剂性能的提升并不是源于活性位电子结构的优化，而是来自于高密度Ir单原子的邻近协同作用，邻近协同作用通过额外的氢键作用稳定了*OOH中间体，从而降低了反应能垒，显著提高了催化剂的性能。
该研究揭示了高密度Ir单原子催化剂性能提升的机制，为电化学OER催化剂的未来发展提供了新的见解。
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