大規模水電解有望將可再生電能轉化爲清潔的氫能。使用海水作爲原料進行電解水爲可再生的氫氣生産提供了一個更加可持續的策略，同時可産生NaCl副産品。然而，海水中大部分鹽是NaCl (約0.5 M)，這導致在陽極側發生催化劑腐蝕和Cl−氧化競爭反應，嚴重阻礙了海水電解商業化應用。因此，實現高效和持續的海水電解需要一個高活性和選擇性的陽極，能夠在高濃度Cl−存在下工作。

以往海水電解催化劑的設計大多集中在禁止Cl−在催化劑上吸附，但是，這也削弱了OER中間體的吸附，降低了OER的活性。此外，在高過電位(即高電流密度)時，由于Cl−吸附的驅動力增強，排斥Cl−的策略變得不太有效。

近日，北京化工大學孫曉明、香港城市大學劉彬和深圳清華大學研究院邝允等設計了一種以CoFe層狀雙氫氧化物(Ir/CoFe-LDH)爲載體的原子Ir催化劑，用于電化學海水氧化。與傳統催化劑完全排斥Cl−吸附不同，CoFe-LDH上的Ir原子位點允許Cl−吸附來調節Ir活性中心的電子結構。

結果表明，Ir/CoFe-LDH催化劑在堿性海水電解中表現出優異的OER性能，當電流密度爲10 mA cm−2時，過電位低至202 mV，比在NaOH溶液中低34 mV；同時，Ir/CoFe-LDH在工業電流密度下(0.4-0.8 A cm−2)具有顯著的活性，O2法拉第效率接近100%，並可穩定運行1000 h以上。此外，在實際海水中，該催化劑在10 mA cm−2電流密度下的過電位爲208 mV，在1 A cm−2電流密度下可穩定運行2000 h以上。

原位光譜表征和理論計算表明，Ir/CoFe-LDH催化劑在海水中的優異OER性能來源于在Ir上Cl和OH配位態的動態調控。這種氯化物介導的配位增強促進了*OOH中間體的強烈吸附，從而將速率決定步驟(OOH*的形成)的活化能降低了1.93倍。同時，在Ir的存在下，Cl不能有效地吸附在Co或Fe上，因此強烈的Ir-Cl配位抑制了Cl與Co和Fe金屬中心的配位，穩定了CoFe中心，從而保證了海水電解體系的穩定性。

綜上，該項研究不僅展示了Ir/CoFe-LDH在海水電解中的巨大潛力，而且提出了一種調控海水環境中單原子Cl配位的新策略，突破了海水電解能耗和成本的極限，推動了該技術的實際應用。

Dynamic chloride ion adsorption on single iridium atom boosts seawater oxidation catalysis. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-46140-y