近日，化学与化工学院国家胶体材料工程技术研究中心陈代荣教授团队在电子金属-基底相互作用（electronic metal-support interaction, EMSI）对电催化剂性能的影响的研究领域取得新进展。相关研究成果以“Polarization Manipulation of NiO Nanosheets Engineered with Fe/Pt Single Atoms for High-Performance Electrocatalytic Overall Alkaline Seawater Splitting”为题发表在ACSCatalysis(DOI: 10.1021/acscatal.3c01101),“Boosting Electrochemical Reduction of CO₂to Formate over Oxygen Vacancy Stabilized Copper–Tin Dual Single Atoms Catalysts”为题发表在Advanced Functional Materials(DOI:)，文章通讯作者均为陈代荣教授和夏玉国高级实验师，山东大学为唯一通讯作者单位。

电子金属-载体相互作用（EMSI）作为理论电子研究和催化剂设计之间的桥梁，引起了人们的广泛关注。而利用金属与载体之间的相互作用，通过结构设计以及利用协同促进，是提高电催化效率的最基本的策略之一。单原子由于独特的电子结构和最大的原子利用率，成为EMSI的理想模型。

利用可再生电力与水电解相结合生产氢气可以缓解化石燃料消耗增加所造成的能源和环境问题。地球上海水占水资源的96.5%，在海水和太阳能资源丰富的地区，大规模的电解海水产氢可以为清洁能源发展做出重要贡献。该工作通过调控载体表面极化的策略增强了EMSI，调节了金属单原子的催化活性、稳定性和选择性。在弱极化的NiO纳米片中引入Mn来调节其表面极化，从而调节锚定的Pt/Fe单原子与NiO载体之间的电子金属-载体相互作用。优化后的Pt₁/Mn_NiO||Fe₁/Mn_NiO电极对表现出优异的碱性海水分解性能，仅需要1.44 V的低电压就可以达到10 mA cm⁻²的电流密度。实验表征和理论计算表明，Mn掺杂在Pt₁/Mn_NiO和Fe₁/ Mn_NiO中引起的电荷重分布和配位结构的变化是导致HER和OER中决速步吉布斯自由能降低的原因。该研究成果有望为清洁能源的发展提供新思路，并为电催化整体海水分解技术的应用提供更加可持续的选择。

ESMI调节的低配位金属原子可以抑制参与CO₂RR的多个原子的参与，从而调节产物的选择性。基于此，本文构建了一种由CeO_2-x上的双氧空位稳定的Cu-Sn双原子电催化剂，该催化剂对甲酸盐表现出优异的电化学选择性，甲酸分电流密度为216.8 mA cm^-2，施加-1.2 V vs. RHE偏压时，法拉第效率达到90.0%。实验表征和理论计算表明，Cu和Sn与CeO_2-x的协同作用对降低活化能和促进中间体*OCHO的形成具有重要意义，这是其对甲酸盐具有高选择性的原因。同时，CeO_2-x上的氧空位也对电化学性能和稳定性起着关键作用，这表明调节Cu-Sn与CeO_2-x之间的电子金属-支撑相互作用的重要性。这项工作证明了通过调节单原子锚定载体的表面结构来设计高效电化学CO₂还原催化剂的有效方法。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscatal.3c01101

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202303473