由可持續電能驅動的水分解為生產具有高能量密度的綠色氫提供了一種有效的策略。與堿性水電解裝置相比，質子交換膜水電解槽(PEMWEs)具有結構緊湊、理論電流密度高、能源效率高和氣體純度高等明顯優勢。然而，陽極處的析氧反應(OER)動力學緩慢，催化劑酸腐蝕嚴重，導致PEMWE活性和穩定性不足。

目前，只有少數貴金屬基催化劑(如IrO₂和RuO₂)被用于酸性水氧化，但它們的高成本和低豐度嚴重限制了PEMWEs的廣泛應用。為克服上述問題，目前迫切需要設計并開發出有效的非貴金屬基電催化劑用于酸性OER。

近日，華中科技大學李箐和王譚源等制備了一種封裝在竹狀碳納米管中的非晶態Mo-Ce氧化物負載的單原子Co催化劑(Co_SA-MoCeO_x@BCT)，并將其作為PEMWEs的高性能非貴金屬OER催化劑。

原位拉曼光譜和XAS表征結果表明，在低電位下Mo-Ce氧化物載體可以促進Co_SA-MoCeO_x@BCT中Co²⁺-O位點向Co³⁺-O位點的原位轉化，它可以有效地調節具有豐富氧空位的催化劑的晶格氧活性，生成雙金屬位點LOM通路，打破尺度關系，顯著提高材料的固有OER活性。此外，BCT對Co_SA-MoCeO_x的限制效應可以減少催化劑與酸性電解質的直接接觸，提高其耐蝕性。

性能測試結果顯示，在0.5 M H₂SO₄溶液中，優化的Co_SA-MoCeO_x@BCT催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為239 mV，并且基于該催化劑的PEMWEs能夠連續穩定運行超過60小時，優于大多數文獻報道的非貴金屬電催化劑。

此外，密度泛函理論(DFT)計算表明，在雙金屬位點LOM過程中，單原子Co位點可以將OER的能壘從1.60 eV降低到1.08 eV，從而促進OER動力學；同時，Co位點與Mo-Ce氧化物的強相互作用使Co_SA-MoCeO_x@BCT中Mo原子的空位能從4.70 eV增加到8.72 eV，從而進一步降低了Mo原子的溶解，提高了材料的穩定性。總的來說，該項工作為設計高效的低過電位酸性水氧化非貴金屬電催化劑提供重要的指導。

Single-atom Co dispersed on polyoxometalate derivatives confined in bamboo-like carbon nanotubes enabling efficient dual-site lattice oxygen mediated oxygen evolution electrocatalysis for acidic water electrolyzers. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE00173G