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近年来，单原子催化剂由于其较高的原子利用率和经济性逐渐成为了研究热点。然而，其较低的活性位点载量和较弱的位点间相互作用限制了其在电催化领域的进一步应用。同时，常见的金属-氮-碳材料的单原子催化剂比表面积较低，不利于催化位点的广泛分布和{attr}3186{/attr}过程的电子转移。因此，引入另一种金属位点，设计异核双位点催化剂，形成较强的位点间协同作用，进而提高催化反应的效率，具有很重要的意义和挑战。 近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授团队通过多步模版法辅助原子化过程的策略，在空心棱柱结构上合成了具有原子分散的Ni/Co协同双位点氮掺杂碳催化剂(a-NiCo/NC)用于高效电催化析氧反应（OER）。得益于原子分散的双金属Ni/Co位点及其协同作用，制备的a-NiCo/NC催化剂对OER表现出了增强的反应动力学与优越的电催化活性。此外，DFT计算表明，异核成对的Ni/Co双位点间存在较强的协同作用，进而优化了电子结构，降低了反应能垒，从而促进了OER过程。
在氮掺杂碳的空心棱柱结构上原子分散的Ni/Co双位点催化剂主要通过以下步骤合成。首先合成具有棱柱结构的NiCo基前驱体。然后，在碱性环境下通过自聚合作用使得棱柱表面生长了一层均匀的聚多巴胺(PDA)。再将产物置于加热的水溶液中进行刻蚀，产生空心结构。后续对空心NiCo前驱体/PDA进行低温碳化，并在酸性溶液中除掉过量的金属颗粒，得到NiCo NPs/NC样品。最后，对NiCo NPs/NC在高温条件下进行原子化处理得到a-NiCo/NC催化剂。 像差校正的HAADF-STEM图像中高密度的成对亮点证实了a-NiCo/NC催化剂中可能存在的Ni和Co双位点。Co与Ni的K边FT-EXAFS谱图证明了Ni/Co配位结构的形成。 电化学实验的结果显示a-NiCo/NC的催化活性远高于NiCo NPs/NC，这表明a-NiCo/NC中氮和双金属位点的强相互作用有利于促进OER。此外，a-NiCo/NC催化剂具有相比于a-Ni/NC和a-Co/NC显著降低的过电位，表明了Ni/Co位点间的协同效应有利于其OER性能的提升。 该工作通过多步模板法，结合原子迁移捕获过程，成功合成了在氮掺杂碳构成的空心棱柱上原子分散的Ni/Co双位点催化剂(a-NiCo/NC)。电化学测试和理论计算表明其独特的双位点分布和Ni/Co协同作用使得该催化剂显示出优异的电催化析氧活性，动力学以及出色的稳定性。该工作中构建异核双位点催化剂的策略为提高单原子催化剂的电催化性能提供了一种有趣的思路。 论文信息 Highly Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution Over Atomically Dispersed Synergistic Ni/Co Dual Sites Zhihao Pei, † Xue Feng Lu, † Huabin Zhang, Yunxiang Li, Deyan Luan,* and Xiong Wen (David) Lou* Angewandte Chemie International Edition
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