界面Co─N配位工程调控双金属碳化物纳米团簇链邮件催化剂提升水氧化性能

《Small》：Interfacial Co─N Coordination Engineering in Bimetallic Carbide Nanocluster-Embedded Chainmail Catalysts Boosts Water Oxidation

本研究针对开发高效稳定的析氧反应(OER)催化剂这一可再生能源领域的关键挑战，报道了通过CoMo-MOF前驱体制备的双金属碳化物纳米团簇嵌入氮掺杂碳纳米管(CoMoC-NCNTs)链邮件催化剂。研究表明，通过调控热解温度可精确调节界面Co─N配位，使催化剂在10 mA cm?2电流密度下仅需297 mV过电位，并具备200小时长期稳定性。该工作为设计具有定制电子结构的纳米团簇嵌入链邮件催化剂提供了新策略。

　　

在可再生能源领域，开发高效稳定的析氧反应(Oxygen Evolution Reaction, OER)催化剂至关重要。这项研究基于理论计算指导，开发出一种创新的界面设计策略：以钴钼金属有机框架(CoMo-MOF)为前驱体，制备了双金属碳化物纳米团簇嵌入氮掺杂碳纳米管(Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes, NCNTs)的链邮件催化剂(CoMoC-NCNTs)。

通过X射线吸收精细结构谱(X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy)和原位表征技术，研究人员发现这种链邮件催化剂具有可精确调控的界面钴-氮(Co─N)配位结构，该结构受热解温度调控。催化剂在高导电网络中提供了丰富的活性碳位点，通过吸附物演化机制(Adsorbate Evolution Mechanism)进行OER反应。

密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算揭示，在CoMoC纳米团簇嵌入的链邮件催化剂中引入界面Co─N配位，会触发电子从内部CoMoC纳米团簇向外层碳层转移。这一电子重构过程进一步优化了OER中间体在碳位点上的吸附行为，使速率决定步骤的能垒降低至0.44电子伏特(eV)。

最优化的CoMoC-NCNTs链邮件催化剂在碱性OER条件下表现出优异的催化活性：在10毫安每平方厘米(mA cm^?2)电流密度下过电位仅为297毫伏(mV)，同时具备卓越的耐久性——在500 mA cm^?2高电流密度下稳定运行200小时。研究人员构建的火山图进一步建立了结构-活性关系，为未来链邮件催化剂的设计提供了指导。这项工作为工程化制备具有定制电子结构的纳米团簇嵌入链邮件催化剂提供了普适性策略，推动了先进电催化领域的发展。