近来，上海交通大学环境科学与工程学院张礼知教授团队在美国化学会志《J. Am. Chem. Soc.》在线宣布了题为“Engineering the Coordination Environment of Ir Single Atoms with Surface Titanium Oxide Amorphization for Superior Chlorine Evolution Reaction”的研讨效果。该研讨报导铱单原子配位环境的钛氧化物外表非晶化调控新战略及其超级析氯功能。论文榜首作者为上海交通大学环境科学与工程学院博士研讨生王嘉贤，通讯作者为上海交通大学环境科学与工程学院博士后占光亮、上海交通大学环境科学与工程学院么艳彩副教授和张礼知教授，榜首完结和通讯单位均为上海交通大学。

  氯气(Cl2)是工业中常用的一种化学原料，在有机组成、家用漂白剂和水处理中有广泛的使用。它的出产高度依赖于在强酸性条件下(pH ~ 2)电解饱满氯化钠的阳极析氯反响(CER)。可是CER的强氧化和酸性环境在很大程度上约束了阳极的挑选，迄今为止仅局限于含有贵金属的涂层钛阳极，也称尺度安稳阳极(DSA)。众所周知，DSA具有高占比的活性贵金属Ru/Ir(~ 30 atom%)以及过高的CER过电位( 90 mV)，这大起伏提高了Cl2工业出产的本钱。因而，削减钛基阳极贵金属用量和提高其CER功能是完成可持续开展方针的要害。近些年快速地开展的单原子催化剂(SACs)为一起完成以上描绘的方针供给了或许，这首要归功于其100%的原子使用功率和优异的本征活性。其间单原子金属周围一起的配位环境与其催化活性有着密切联系，这需求选用有用手法调控金属载体相互作用，以优化反响底物在单原子金属上的吸附能。

  依据上述要素启示，该团队报导了一种外表氧化钛非晶化战略来调控Ir单原子在泡沫钛上的配位环境。试验和理论核算效果为，非晶氧化钛上构成四配位的Ir1O4位点，而晶体氧化钛上构成六配位的Ir1O6位点。其间Ir1O4位点表现出超高的CER功能，仅需71.8 mV的过电位就到达10 mA cm-2，质量活性为95 mA mgIr-1，这远远优于对应的Ir1O6位点(181.4 mV, 9.35 mA mgIr–1)和商业DSA(95.8 mV, 0.20 mA mgIr+Ru–1)以及大多数报导的Ru/Ir基CER电催化剂。此外，Ir1O4阳极能安稳作业超越200小时，远优于对应的Ir1O6阳极（2小时）。理论核算和原位表征提醒Ir1O4与Ir1O6之间巨大的CER活性差异源自于Cl吸附方式从Ir1O6中与O的弱结合转变为与Ir1O4中配位不饱满Ir的强结合。更重要的是，外表氧化钛非晶化也会损坏规整的Ti-O-Ti氧浸透通道，阻挠氧物种浸透到Ti基底内部所引起的载体钝化，然后赋予Ir1O4电极优异的CER安稳性。

  该团队经过精密操控退火条件，得到了具有不一样结晶性氧化钛层的泡沫钛基底，再使用缺点锚定战略，将Ir单原子别离锚定在非晶和结晶的钛氧化层上。高分辩透射电极(HRTEM)相片展现了两种泡沫钛基底上具有不一样结晶性的钛氧化层。球差矫正高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)相片和三维原子堆叠高斯函数拟合图(3D AOGF)证明了电极外表Ir的单原子存在方式。

  经过X射线光电子能谱(XPS)、X射线吸收精密结构谱(EXAFS)及其拟合效果等多项表征，该团队证明了泡沫钛外表氧化层的结晶度会激烈影响Ir单原子的部分配位环境，并进一步影响周围的电子结构。为便利表述，依据EXAFS拟合效果将锚定在非晶钛氧化层上的Ir单原子电极记为Ir1O4，而锚定在晶体钛氧化层上的Ir单原子电极记为Ir1O6。

  理论核算(DFT)效果和原位拉曼光谱(Raman)提醒了Ir单原子配位环境的差异对电极活性的影响机制。Ir1O4电极中配位不饱满的Ir是吸附Cl的活性中心，但在Ir1O6电极上则变成顶端配位的O。Ir1O4上更适中的Cl吸附能（更接近0 eV）使得其更利于CER中Volmer进程(*/O* + 2Cl–→ Cl*/ClO* + Cl–+ e–)的产生，然后赋予其更优异的CER活性。

  经过理论核算发现，在氧化条件下，因为OH的强吸附在Ir1O6上会自发地产生氧浸透进程，即外表的O物种会沿着摆放规整的Ti-O-Ti通道逐渐浸透到Ti基底的内部，从而增大氧化钛层厚度，终究钝化电极。而在Ir1O4上，被非晶化歪曲的Ti-O-Ti通道以及缓慢的水解离协同阻止了氧浸透的产生，按捺了载体钝化引起的电极失活，从而赋予其优异的CER安稳性。

  王嘉贤，上海交通大学环境科学与工程学院三年级博士研讨生。首要是做单原子电催化剂在动力转化以及水污染操控方面的研讨。现在已宣布SCI论文9篇，以榜首作者的身份在Journal of the American Chemical Society宣布论文1篇。

  占光亮，上海交通大学环境科学与工程学院助理研讨员。本科、博士结业于华中师范大学。从事污染操控化学、电催化范畴的研讨。以（一起）榜首/通讯作者在Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Chem、Water Research、Applied Catalysis B: Environmental等化学、环境学术期刊宣布论文17篇，其间7篇当选ESI高被引论文。先后取得第72批博后面上赞助和2022年上海市“超级博士后”赞助。

  么艳彩，上海交通大学环境科学与工程学院副教授、博士生导师。研讨方向为单原子环境/动力电化学，特别重视电催化进程中水分子在单原子电极外表的活化和定向转化进程及水污染操控使用。以榜首/通讯作者身份在Nature Catalysis、Journal of the American Chemical Society（2篇）、Angewandte Chemie International Edition（3篇）、Nature Communications、Water Research、Science Bulletin等期刊宣布SCI论文15篇，部分研讨效果被Chemical Review、Chemical Society Reviews、Technology Times、EurekAlert!等世界科学媒体广泛报导，并屡次被新华社、人民日报、《人民日报（海外版）》、人民网、科学网等多家国内外干流媒体重视。授权我国发明专利3项，并效果转化1项。编撰英文专著1部。曾获中科院“百篇优博论文”和中科院院长优异奖、第7届全国水处理与循环使用学术会议优异陈述奖。先后取得国家自然科学基金、上海市科委面上项目、科技部要点研制方案项目子课题、博士后站前特别赞助、博士后面上赞助等7项省部级项目赞助。现任Colloid and Surface Science编委、EcoEnergy、《环境科学与技能》青年编委。

  张礼知，上海交通大学环境科学与工程学院特聘教授，国家杰出青年科学基金取得者。已获授权我国发明专利 50 余项，其间授权美国专利 2 项。在 Nature Sustainability、 Nature Communications、Chem、 PNAS、 AM、 ES&T、 WR 等世界学术期刊宣布论文 390 篇，其间34篇当选 ESI 高被引论文，1篇当选ESI热门论文。论文已被引证 44200 屡次，其间他引 42980 屡次， H 因子 116。担任我国可再生动力学会太阳光化学专业委员会委员、英国物理学会（IOP）出版社旗下期刊Sustainability Science and Technology履行编委，Applied Catalysis B Environmental、化学学报、化学发展、环境化学、环境科学等杂志编委。2008年取得湖北省自然科学二等奖（榜首完结人），2011年获湖北省青年科技奖，并当选湖北省自主立异“双百方案”，2012年当选湖北省高端人才引领培育方案和湖北省高层次人才工程，2014年起接连当选 Elsevier发布“化学范畴我国高被引学者榜单”，2015年获教育部高等学校科学研讨优异效果奖（科学技能）自然科学二等奖（榜首完结人），2018年起接连当选 Clarivate（Web of Science）穿插范畴全球高被引科学家榜单，2019年获湖北省自然科学一等奖（榜首完结人）。