电催化分解水由于反应效率高、反应物丰富、反应过程绿色环保，被认为是最有前途的制氢策略之一。但由于其阳极析氧反应（OER）动力学迟缓，大大降低了制氢效率。构建负载型团簇催化剂，提升了原子利用效率，降低了生产成本，同时增加了活性位点数目，提升了催化剂性能。OER电催化剂通常遵循传统的四电子-质子协同的吸附演化机理（AEM），通过调节反应中间体在表面的结合强度实现性能的优化，但却受到了线性标度关系的限制。然而，晶格氧氧化机制（LOM）加速了晶格氧的直接耦合，最大限度地减少了极限能垒，为高性能的OER电催化剂提供新的思路。

精细化工国家重点实验室侯军刚教授联合物理学院高峻峰教授，在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为“Engineering lattice oxygen activation of iridium clusters stabilized on amorphous bimetal borides array for oxygen evolution reaction”的研究文章(Angew. Chem. Int. Ed.,2021, DOI: 10.1002/anie.202112870)。本工作采用电化学活化方法在无定型双金属硼化物阵列上制备了铱团簇稳定的表面羟基氧化物，获得了良好的催化析氧性能，铱团簇的偶联在原子尺度上诱导铱和氢氧化物之间形成高价钴物种和Ir-O-Co桥，导致晶格氧活化和非协同质子电子转移引发多个活性位点，从而产生本征pH依赖的OER活性。通过¹⁸O标记实验、DFT理论计算直接证明了其反应机制为LOM机制，并确定了产物中O的来源。

在本工作中，通过场发射电子显微镜、透射电子显微镜、像差校正透射电子显微镜证实了Ir以团簇的形式负载在无定型双金属硼化物上，揭示了电化学激活后Ir/CoNiB的形貌变化。通过X射线光电子能谱、同步辐射X射线吸收光谱和原位拉曼光谱，揭示了电化学处理后各元素的价态变化以及Ir/CoNiB的动态表面重构过程。在O₂饱和的1M KOH中，Ir/CoNiB表现出优异OER催化活性，仅需178mV和242mV过电位即可达到10mA cm^-2和100mA cm^-2，在1.52V vs. RHE时，可达到400mA cm^-2，且在10mA cm^-2和100mA cm^-2维持稳定长达100h。为了深入探究Ir/CoNiB的反应机理，作者还测定了不同pH下的LSV曲线，初步确定了Ir/CoNiB发生OER反应遵循LOM反应机制。铱团簇的偶联在原子尺度上诱导铱和氢氧化物之间形成高价钴物种和Ir-O-Co桥，导致晶格氧活化和非协同质子电子转移引发多个活性位点，从而产生本征pH依赖的OER活性。同时，¹⁸O同位素标记实验和TMA⁺化学探针也用于催化机理的探究，同时还确定了产物O₂中的O的来源。密度泛函理论计算结果表明， Ir/CoNiB更倾向于通过LOM机制催化析氧反应，与实验结论一致。论文第一作者为9001诚信金沙王晨、翟潘龙和夏明月博士生，通讯作者为侯军刚和高峻峰教授。

文章链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202112870.