催化活性位点的结构-反应活性关系对于设计高活性催化剂而言非常关键。

有鉴于此，中科院大连化物所李灿等报道通过实验和理论计算结合，对分别以CoN₄Cl, CoCN₃Cl, CoC₄Cl结构嵌在石墨烯结构中的单核Co催化位点在水氧化反应中的性能进行研究。发现CoCN₃Cl结构的催化剂在OER反应中达到10 mA/cm²电流密度的过电势为359 mV，CoN₄Cl结构的过电势达到>500 mV。

本文要点：

（1）

当对Co催化位点和反应中间体（OH*, O*, OOH*）之间的结合强度作为描述符，发现当N原子替换为C原子，Co=O*的结合强度变得更强，这个作用对于水氧化反应活性、反应决速步骤起到关键作用。

（2）

CN₃Cl结构的Co催化位点具有最合适的Co=O*结合强度，因此展示了最高的OER活性（反应决速步骤：Co-OH*→Co=O*），性能比具有更高结合力的C₄Cl结构（反应决速步骤：Co=O*→Co-OOH*）、结合力更弱的N₄Cl结构（反应决速步骤：Co-OH*→Co=O*）都展示了更好的催化活性。本文研究结果说明金属活性位点的配位环境能够调控催化剂的反应决速步骤，说明通过调控催化活性位点和反应中间体之间的结合强度能够优化OER催化反应活性。

参考文献

Qing’e Huang, Binli Wang, Sheng Ye, Hua Liu, Haibo Chi, Xiaoyan Liu, Hongjun Fan, Mingrun Li, Chunmei Ding, Zheng Li, and Can Li*, Relation between Water Oxidation Activity and Coordination Environment of C,N-Coordinated Mononuclear Co Catalyst, ACS Catal. 2022, 12, 491-496

DOI: 10.1021/acscatal.1c04644

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c04644