近日Energy & Environmental Materials上发表了题为“Electronic coupling of single atom and FePS₃ boosts water electrolysis”的研究论文。该文章证实通过单原子修饰硫代磷酸铁(FePS₃)的表面，可以改变材料表面的电荷分布情况，从而实现电催化分解水催化活性的大幅增强。并且改性的单原子催化剂表现出了优于商业RuO₂的优异的电催化析氧反应催化活性。

合理设计地壳含量丰富的非贵金属材料，进而有效地驱动电催化水裂解反应，对于应对气候变化挑战和开发可再生能源的存储替代品至关重要。单原子催化剂，由于其大的比表面积，高选择性和独特的催化功能，在多相催化领域引起了相当多的关注。然而，将催化剂推向单原子尺度并非易事，因为它们在热力学上是不稳定的，倾向于聚集成簇或纳米粒子。因此，必须用支撑载体来稳定单原子，如碳材料、金属氧化物、和氮化硼等。除了作为锚定位点，载体还可能对催化剂的活性产生重大影响，需要进一步阐明其中的构效关系。

硫代磷酸铁(FePS₃)是一种典型的低成本层状二维材料，其面内能为金属原子提供特殊的锚定位点，结构分析表明面内的FeS₆和P₂S₆多面体的顶部位置可用来固定单原子，并使其热力学稳定。单原子的修饰可以一定程度上解决FePS₃材料中心亚层轨道的空间位阻效应（dz²），增强与水分解反应中含氧中间体的杂化，进而有可能实现水分解反应性能的提升。然而，它们在电荷层次上的相互作用机制仍然是不清楚的，这阻碍了对单原子催化剂的理解，而这对于最大限度地提高催化剂的效率甚至探索更加优异的特性是至关重要的。

本工作中，通过浸渍法构筑了原子分散金属锚定的二维FePS₃纳米片单原子催化剂，实现了高效碱性环境下全水分解催化。进一步分析得知单原子Ni锚定的FePS₃ NSs单原子催化剂中的单原子Ni和基底的强电子耦合效应促进了Fe原子电荷向Ni-S键的聚集，增强了Ni、S位点的电荷转移能力。电荷的重新分布使水的吸附和解离具有能量上的优势，降低HER反应动力学势垒。此外，在Ni-FePS₃ NSs中，电荷富集的Ni活性中心减弱与O*的吸附强度，从而促进O*基团向OOH*基团的转变，降低OER的反应势垒。这项工作所提到的二维材料基底与单原子之间电子耦合作用为水分解制氢领域的催化剂设计提供了新的视角。

晶体结构和氢吸附能量图分析

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/eem2.12205

（通讯员：唐重阳）