通过可再生能源发电驱动水分解制氢，是替代传统化石能源的清洁能源方案之一。水分解主要受其氧化半反应（OER）所限，因此需要开发高效的OER电催化剂以提升水分解效率。过去几十年中大量的工作表明：与单金属材料相比，异质原子（双金属或多金属）电催化剂通常表现出更优异的OER电催化性能，但异质原子中个体的作用以及原子间的相互作用尚未研究清楚。 近日，国立台湾大学的陈浩铭教授，以两步法合成了具有相反构型的Fe-Co/WP和Co-Fe/WP电催化剂（WP作为基底），借助原位X射线吸收谱(XAS)和详尽的电化学表征揭示了异质原子对的构型是决定OER活性的关键因素，并在此基础上深入阐释了异质原子对和基底协同配合共同促进OER的反应机制。 作者以磷化钨（WP）为基底,先用简单的热处理方法将Co和Fe分别均匀分散于WP基底中,以形成Co/WP和Fe/WP预催化剂（pre-catalyst），随后以电化学沉积的方法合成了具有相反构型异质原子对的Fe-Co/WP和Co-Fe/WP电催化剂。其中Co-Fe/WP电催化剂OER性能显著优于反向构型的Fe-Co/WP催化剂。原位XAS和电化学测试结果揭示，Co-Fe/WP电催化材料中远端位置的路易斯酸性Fe3+更利于促进活性的Co4+/3+生成以及配位水的去质子化，最终增强OER过程中电子和质子转移的能力。
通过对预催化剂Co/WP和Fe/WP，催化剂Fe-Co/WP和Co-Fe/WP，以及以碳为基底的Fe-Co-N-C和Co-Fe-N-C催化剂的预平衡步骤（PES）和速控步骤（RDS）分析表明：在Co基电催化剂中，Co4+=O是关键的活性中间体，O-O键的形成来自OH-对Co4+=O的攻击。而路易斯酸性Fe3+对Co的氧化还原电位以及电子/质子转移的数量有显著影响。另外，WP基底与C基底相比，Co-Fe原子对与WP之间更强的金属-载体相互作用调节了PES和RDS中氢氧化物的转移顺序，使得Co-Fe/WP电催化剂具有更为优越的OER活性。 该工作对异质原子对的个体作用以及金属-载体相互作用进行了深入讨论，成功为异质界面和基底协同效应提供了深入的解释，進一步拓宽了对异质原子相互作用的认识，并指导了未来在异质原子系统领域的研究。 论文信息 Hetero-Atomic Pairs with a Distal Fe3+-Site Boost Water Oxidation Dr. Yanping Zhu, Dr. Gao Chen, You-Chiuan Chu, Dr. Chia-Shuo Hsu, Dr. Jiali Wang, Dr. Ching-Wei Tung, Prof. Hao Ming Chen Angewandte Chemie International Edition
