协同Pt-Mo双位点修饰碳化钼催化剂：仿生便携式氧气生成技术的突破

为解决传统氧气(O2 )生成技术依赖大型设备、高能耗及环境适应性差的问题，四川大学团队设计了一种单原子Pt掺杂碳化钼催化剂(Pt-Mo@MoCx )，通过仿生酶催化机制实现高效、便携式O2 生产。研究表明，Mo配位可提升Pt活性位点电子密度，降低O2 析出反应能垒，催化效率达18.92 s?1 ，优于现有H2 O2 催化材料。该技术为缺氧环境及应急场景提供了可持续解决方案。

　　

氧气是维持生命和支撑现代工业的核心资源，从医疗急救到隧道施工均不可或缺。然而，传统液空分馏法依赖庞大设备与电网，而电解水技术又受限于高能耗，在偏远地区或断电场景中难以应用。自然界中，某些细菌通过"假过氧化氢酶"的双金属活性中心将H₂
O₂
高效转化为O₂
，这一过程启发了四川大学团队开展仿生催化研究。

研究人员提出创新性方案：在碳化钼(MoC_x
)晶格中构建单原子铂(Pt)与钼(Mo)协同的双活性位点(Pt-Mo@MoC_x
)。碳化钼本身具有类金属导电性和抗腐蚀特性，而原子级分散的Pt-Mo对可模拟天然酶的电子传递微环境。通过密度泛函理论(DFT)计算发现，Mo的d电子会向Pt转移，形成富电子态Pt位点，显著增强对氧中间体的吸附能力，使O₂
析出反应能垒降低35%。实验制备的催化剂在常温常压下即展现超高活性，转化频率(TOF)达18.92 s^?1
，且连续运行50小时后活性保持92%。

关键技术包括：1) 高温熔盐法合成原子级分散Pt-Mo@MoC_x
；2) 同步辐射X射线吸收谱(XAS)表征金属配位环境；3) 差分电化学质谱(DEMS)追踪O₂
生成动力学；4) 第一性原理计算揭示电子转移机制。

【结果与讨论】章节显示：

1. 结构表征证实Pt以单原子形式嵌入MoC_x
   晶格，Pt-Mo键长为2.38 ?，形成稳定的双核结构；
2. 原位红外光谱发现Pt位点电子密度增加使O-O键拉伸振动频率红移12 cm^?1
   ，证实活化能降低；
3. 在模拟急救场景测试中，1克催化剂可连续产生40升医用级O₂
   ，满足4名成人呼吸需求。

【结论】指出该研究首次实现金属碳化物在仿生O₂
催化领域的应用突破，其设计策略可拓展至其他双金属催化体系。相较于传统技术，Pt-Mo@MoC_x
系统无需外部供电，在18-45°C宽温域内稳定工作，特别适用于高原医疗、潜水作业等特殊场景。论文发表于《Materials Science and Engineering: R: Reports》，通讯作者为Chong Cheng和Tian Ma，第一作者Ting Wang的博士课题聚焦于金属碳化物仿生催化。

这项研究的意义在于：1) 为"双碳"目标下的绿色化学提供新思路；2) 开创非贵金属增强单原子催化剂的新范式；3) 推动应急医疗设备的微型化发展。团队正与医疗器械企业合作开发手掌式O₂
发生器，预计可将现有急救设备重量从3公斤降至300克以下。