12月14日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了同济大学材料科学与工程学院马吉伟教授团队及其合作者的研究论文“Iridium single atoms incorporated in Co₃O₄ efficiently catalyze the oxygen evolution in acidic conditions”。该研究通过一种简单的机械力化学法成功得到了Ir单原子掺杂的尖晶石Co₃O₄纳米材料，其中Ir的原子比约为1.05%。该催化剂在酸性介质中展现出优越于商业IrO₂的氧析出活性以及稳定性。该论文采用了先进的原位同步辐射技术实时监测了催化剂中各元素在反应过程中电子结构的变化，并结合理论计算揭示了该催化剂的高催化活性机理。此外，该催化剂的合成可以进一步实现克级规模的批量化生产，揭示了其在实际电解水设备中应用的潜力。

电解水作为一种可持续有潜力的制备氢气的方法受到了人们的广泛关注。然而，由于其阳极析氧反应（OER）的四电子转移过程动力学缓慢，严重限制了整体运行效率，通常需要高活性催化剂来提升OER的反应速率。目前，具有高活性的贵金属Ru/Ir基氧化物是OER的主要催化剂，但是由于Ru/Ir储量稀少且价格昂贵，限制了其大规模商业化应用。尽管成本低廉的3d过渡金属氧化物被认为是一种可行的OER电催化剂，但它们的活性却仍难以令人满意。因此，设计一种同时兼具活性以及经济效益性的电催化剂对于发展质子交换膜水电解池至关重要。马吉伟教授课题组通过将微量的贵金属Ir以单原子的形式掺入Co₃O₄，构筑了兼具性能与经济效益的氧化物催化剂，在酸性OER中展现出卓越的活性与稳定性。该研究提出了将微量贵金属单原子与低成本过渡金属氧化物相结合，设计兼具经济性与高活性的电催化剂的概念，并且该策略有望在电解水制氢工业中得以应用。

马吉伟教授、德国柏林工业大学Peter Strasser教授和德国马克思·普朗克固体化学物理学研究所Zhiwei Hu教授为该论文的共同通讯作者，课题组博士生朱一鸣和美国德州大学奥斯汀分校Jiaao Wang为该论文的共同第一作者。

马吉伟教授课题组基于缺陷储能和缺陷调控机理，致力于构筑高效二次电池电极材料和氧电极催化剂。自2021年以来，课题组克服疫情影响，在Nature Communications (2篇)、Energy Storage Materials (2篇)、Applied Catalysis B: Environmental (1篇)和Small (1篇)等权威期刊发表学术论文。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35426-8