上方豌豆射手增长Co₃O₄，发射少量豌豆（代表氧气）；下方豌豆射手增长Co₂MnO₄，可长功夫、不变、急剧地发射豌豆，代表高效不变地催化电解水反映

近日，中国科学院大连化学物理钻研所理论催化创新特区钻研组钻研员肖建平团队与日本理化学钻研所教授中村龙平团队，在电解水资料设计钻研中获得新进展，造备了尖晶石构型的Co₂MnO₄资料，实现了超高效安培级电流密度电解水活性，并实现酸性环境中超长的电解不变性。

造备高活性且在酸性环境中具备超长的电解不变性非贵金属电解水（oxygen evolution reaction，OER）催化剂是清洁能源利用领域中的研发沉点。本钻研中，中村龙平团队在金属氧化物Co₃O₄中掺入Mn元素，造备出尖晶石构型的Co₂MnO₄资料，实现了高效且在酸性环境中高不变性的电解水过程；肖建平团队使用“反映相图+微观动力学模拟”的钻研步骤，初次成立了OER过程的畸形截顶活性火山型曲线，证了然该资料在各类构型环境下皆可体现高效电解水活性。同时，肖建平团队提出“双通路溶化模型”，进一步诠氏缢其在酸性环境中体现超长的电解不变性的重要原因。

肖建平团队基于第一性道理密度泛函理论推算，闯辗视/原子的角度探求了OER催化过程，其中，成立催化活性趋向来分解分歧资料或特定资料的分歧构型（表表、活性位点等）的催化活性是理论钻研的最新范式。理论催化活性趋向的成立往往基于表表沉要中央物种之间的相互线性关联，由此能够将催化活性通过描述符的方式表白，从而成立活性趋向。

本工作中，在针对尖晶石金属氧化物表表的OER过程成立的二维“反映相图”中，肖建平团队发现了其活性趋向出现出畸形截顶的活性火山型曲线，即随着中央物质吸附强度的扭转，资料活性维持不变；诔⑹灾蟹⑾值腃o₂MnO₄资料的各类局域构型（蕴含Co/Mn的流失、缺点、富集等），肖建平团队进一步发显熹所有构型皆处于畸形截顶的活性火山型曲线的顶点平台上。这揭示了该资料可能体现超高电催化活性的原因，诠氏缢其在部门表表溶化沉构的过程中仍能维持高电催化活性的底子原因。分歧资料体现的理论活性与尝试的拟合也进一步证了然该概想。此表，在理论活性钻研中，肖建平团队通过电荷表插值法，推算了OER过程中每个电化学过程在分歧工作电压下的反映能垒，通过微观动力学模拟得到理论速度，发显熹与尝试了局拟合，证实了理论推算了局靠得住性。

a、中央物种吸附能的scaling关系，b、OER活性截顶火山型曲线，c、理论活性与尝试的对比，d、电荷表插值法推算电化学过程能垒，e、分歧电压下的反映能线图，f、微观动力学模拟验证分歧电压下理论活性的正确性

另表，肖建平团队通过成立双通路溶化模型进一步探索资料在特定电催化环境下的不变性，即同时钻研金属位点和晶格氧在特定工作电压下的溶化且思考其先后挨次。钻研批注，Co₂MnO₄资料的溶化过程蕴含金属（Co/Mn）的溶化，H₂O的去质子化并结合晶格O形成OOH*，以及氧空位的形成。该过程整体是热力学放热过程，而晶格氧溶化的基元过程体现出较大的热力学势垒，是该过程的速控步骤。因而，晶格氧的溶化被用作理论不变性描述符，用于索求资料的不变性，其与尝试了局的拟合证了然该钻研的靠得住性。此表，科研团队对bader电荷分析发现，在掺入Mn后，Mn-O中存在更多的电荷转移，体现出更强的Mn-O键能，证了然晶格O不变性的提升。该成就在今后的理论催化剂设计中，能够预测活性趋向，并可正确把握催化不变性。

有关钻研成就以Enhancing the Stability of Cobalt Spinel Oxide towards Sustainable Oxygen Evolution in Acid为题，颁发在《天然-催化》（Nature Catalysis）上。钻研工作得到国度沉点研发打算、中科院干净能源创新钻研院合作基金、国度天然基金、中科院战术性先导科技专项（B类）“职能纳米系统的精准构筑道理与丈量”等的支持。

有关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41929-021-00732-9