單原子催化劑(SAC)由于其高的原子利用率和獨特的電子環(huán)境而具有優(yōu)異的催化活性，近年來在能源催化領域受到廣泛關注。在SAC中，金屬-載體相互作用(MSI)通過調(diào)控金屬原子與載體之間的電荷轉移而影響SACs的電子性質(zhì)，從而影響其催化性能。因此，優(yōu)化MSI對于開發(fā)高效的SAC具有重要意義。目前調(diào)節(jié)MSI的典型方法是調(diào)節(jié)載體的組成和結構，例如改變載體的種類和用氫氣進行還原處理。然而載體的變化也會影響催化劑的活性，這阻礙了對催化劑性能提高的內(nèi)在原因的深入研究。

此外，盡管還原處理后載體中金屬-氧鍵的數(shù)量有所增加，但催化劑的穩(wěn)定性通常會下降，導致單原子的聚集。因此，在不改變載體的情況下，通過簡單地調(diào)節(jié)單原子的配位結構來調(diào)節(jié)MSI是非常可取的。鑒于單原子的配位結構與載體表面的特定位點密切相關，對位點特異性MSI的精確調(diào)控有助于深入了解MSI與SAC活性之間的相關性。

近日，中國科學技術大學曾杰和張志榮等通過電化學沉積的方法，將Ir單原子精確地錨定在Ni LDH的特定位點上，從而有效地調(diào)控Ir SAC的位點特異性MSI。陰極電化學沉積驅(qū)動孤立的Ir原子錨定在Ni LDH (Ir₁/Ni LDH-T)上的三重面心立方(fcc)空心位置處，而陽極電化學沉積驅(qū)動Ir原子通過一個頂點O原子與氧空位相連(Ir₁/Ni LDH-V)。與Ir₁/Ni LDH-V相比，Ir₁/Ni LDH-T中Ir位點與Ni LDH配位氧之間的共價鍵更多，從而導致Ir₁/Ni LDH-T的MSI更強。

此外，研究人員還探討了不同MSI對析氧反應(OER)催化性能的影響。結果表明，Ir₁/Ni LDH-T在10 mA cm^-2電流密度下的過電位為228±3 mV，比Ir₁/Ni LDH-V低73 mV。此外，Ir₁/Ni LDH-T能夠在10、20和50 mA cm^-2電流密度下連續(xù)穩(wěn)定運行20小時，且反應后材料的形貌和結構沒有發(fā)生明顯變化。

光譜測試和理論計算表明，Ir原子與Ni LDH之間較強的質(zhì)子間相互作用通過誘導催化活性中心從Ni位點向Ir位點的轉換來激發(fā)Ir的活性，進而優(yōu)化中間體的吸附強度，從而提高OER活性。綜上，該項工作深入研究了MSI與OER性能之間的相關性，并提供了一種通過電化學選擇性錨定單原子來設計具有位點特異性MSI的高活性催化劑的新策略。

Site-specific metal-support interaction to switch the activity of Ir single atoms for oxygen evolution reaction. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-44815-0