長期以來，酸性析氧反應(OER)一直依賴于Ir/Ru氧化物催化劑，這種催化劑的稀缺性和昂貴的價格限制了質子交換膜水電解(PEMWE)技術的商業化。為克服這一難題，人們做出許多努力來對單原子電催化劑進行設計以期望最大限度地提高原子利用率和優化活性中心。

在大多數情況下，單原子催化劑的催化性能取決于載體材料的性質，因為其電子態可以通過錨定的局部配位環境來調節。同時，在SACs的合成過程中，由于原子相容性，貴金屬單原子往往在表面氧缺陷處遭受表面溢出或吸附，導致電子結構與理論活性之間的不匹配，這增加了SACs的設計難度。

此外，傳統的Eley-rideal型吸附質演化機理和二維界面概念是否適用于酸性OER過程中的零維SACs仍然難以確定。因此，精確控制錨定位點是實現真正的SACs空間均勻性和進一步分析催化行為的必要條件。

近日，南京航空航天大學彭生杰課題組利用載體的金屬缺陷錨點成功地操縱Ru單原子在Co₃O₄表面的空間定位，顯著提升了酸性OER活性。通過比較物理的、空間的和電子的差異，研究人員闡明了與酸中OER有關的中間體的原子細節。原位紅外吸收光譜表明，Rua_ds表現出由晶格氧機制(LOM)途徑主導的OER機制，而Ru_anc則是激活質子給體-受體功能的吸附質演化機制，這為SACs提供了一條規避定標關系的新途徑。

此外，研究人員結合理論計算和operando X射線吸收光譜(XAS)，證實相互耦合的遠端和吸附的*OO物種的解吸是決速步，導致Ru_ads組分的不穩定；相反，橋氧位點可以作為質子受體加速Ru_anc的質子遷移，打破單一的吸附-解離線性關系，從而提高OER活性。

因此，在0.5 M H₂SO₄溶液中，Ru_(anc)-Co₃O₄在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位僅為要198.5 mV，遠低于Ru_(ads)-Co₃O₄(298.1 mV)；并且Ru_(anc)-Co₃O₄在1.5 V處的質量活性高達4012.11 A g^?1，比Ru_(ads)-Co₃O₄高約109倍。此外，Ru_(anc)-Co₃O₄還具有優異的穩定性，其在酸性條件下連續電解150小時僅發生輕微降解。

總的來說，該項工作研究了不同空間位阻下單原子的催化行為，為理解SACs在酸性介質中的OER機理提供了新的視角，并為設計高性能的酸性OER催化劑提供了理論指導。

Switching the oxygen evolution mechanism on atomically dispersed Ru for enhanced acidic reaction kinetics. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c07777