电解水制氢是利用和储存太阳能和风能等间歇性可再生能源的理想方式，可有效解决能源危机和碳排放问题。然而，该过程中涉及的阳极析氧反应(OER)是一个复杂的四电子转移过程，伴随着质子转移，导致动力学缓慢，限制了水分解过程。因此，对OER机理的基本理解对于开发高效、持久的OER电催化剂以促进OER动力学是必不可少的。根据传统的吸附质演化机制(AEM)，OER中间体(*OH和*OOH)在金属活性位上的吸附能呈一种线性关系(ΔGOOH=ΔGOH+3.2±0.2 eV)，理论上过电位约为370 mV。
最近，研究人员提出了晶格氧氧化机制(LOM)，其涉及水氧化过程中晶格氧的活化和氧化还原，并且可以规避线性AEM关系的限制，从而降低反应能垒。因此，开发稳定耐用的基于LOM的OER电催化剂对于突破传统AEM的理论极限以提高OER反应动力学具有重要意义。近日，河北工业大学郑士建和刘辉等报道了一种由Au单原子和O空位修饰的高熵MnFeCoNiCu层状双氢氧化物(AuSA-MnFeCoNiCu LDH)，其表现出高OER活性和良好的稳定性。性能测试结果显示，AuSA-MnFeCoNiCu LDH催化剂表现出优异的OER活性，其在10 mA cm−2电流密度下的过电位仅为213 mV，比原始MnFeCoNiCu LDH降低了110 mV。最重要的是，AuSA-MnFeCoNiCu LDH还表现出显著提高的稳定性，在1.53 VRHE下运行700小时，电流密度仅下降6.4%，并且稳定性测试后材料仍保持高熵结构。一系列原位表征和理论计算表明，在高熵LDH中引入的Au单原子和O空位的协同作用导致O 2p轨道上移，削弱金属-O键，从而活化晶格氧，降低LOM的能垒，使得高熵LDH的OER机制由AEM转变为LOM，有效提高了OER活性。更重要的是，高熵效应可以抑制金属物种的浸出并提高晶格氧氧化过程中的结构稳定性，这是OER稳定性良好的主要原因。综上，该项工作在原子水平上揭示了高熵LDH的OER机制的转变，这为设计强大和稳定的高熵电催化剂提供了理论指导。Activating Lattice Oxygen in High-entropy LDH for Robust and Durable Water Oxidation. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-41706-8
