水電解是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料的一種可持續(xù)和清潔的策略，但其效率受到陽極析氧反應(yīng)(OER)動(dòng)力學(xué)緩慢的限制。為了提高OER性能，人們已經(jīng)投入了大量的努力來開發(fā)含有特定電子結(jié)構(gòu)的活性位點(diǎn)的電催化劑。這種的電催化劑通常具有缺陷位點(diǎn)或者由雜原子組成。然而，有缺陷的位點(diǎn)通常含有活性懸掛鍵，可能影響催化劑的穩(wěn)定性。另一種提升催化劑活性的方法是在電極上組裝助催化劑，形成多相結(jié)構(gòu)，改善界面處的物質(zhì)和能量傳遞過程。最近的一個(gè)進(jìn)展是利用分子尺度的配體作為助催化劑，進(jìn)一步減少電解質(zhì)中電子和質(zhì)子傳遞到電極的距離。然而，助催化劑的穩(wěn)定性通常受其與電極的接觸影響，并且其覆蓋范圍預(yù)計(jì)會減少電極的有效活化面積。

基于此，廈門大學(xué)曹陽和北京航空航天大學(xué)宮勇吉等報(bào)道了一種覆蓋OER電催化劑的厘米大小的六方氮化硼(hBN)薄膜。由于B-N鍵與位于N原子周圍價(jià)電子的強(qiáng)極化作用，hBN表現(xiàn)出對含氧物種優(yōu)異的化學(xué)親和力，這種親和力優(yōu)化了各種含氧物種的吸附，從而提高了OER催化性能。 從這個(gè)角度來看，每個(gè)B-N鍵可以看作是一個(gè)吸附位點(diǎn)(位點(diǎn)密度約1015 cm-2)，并且所有位點(diǎn)都暴露在表面上。更重要的是，hBN的單原子尺度的厚度允許快速電子隧穿作為一個(gè)額外的電荷傳輸機(jī)制，盡管在平面內(nèi)hBN是絕緣體，其不阻礙垂直于平面方向的界面電荷轉(zhuǎn)移。

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所制備的hBN/NiFeOxHy催化劑達(dá)到2000 mA cm?2電流密度時(shí)僅需490 mV的過電位，在300 mV過電位下的質(zhì)量活性約為104 A g?1；并且該電極在此電流密度下連續(xù)運(yùn)行150小時(shí)，活性衰減小于10%。研究人員將增強(qiáng)的穩(wěn)定性歸因于hBN封裝阻斷了活性物質(zhì)進(jìn)入NiFeOxHy表面，并阻止了那里的任何局部蝕刻過程；hBN的封裝也可以阻止NiFeOxHy中的晶格氧參與反應(yīng)，進(jìn)一步提升了穩(wěn)定性。 此外，研究人員還利用hBN封裝了金屬(氧)氫氧化物、金屬和碳，OER活性都增長了20倍左右，表明hBN封裝是提高各種電極上OER性能的通用策略。因此，hBN作為一種潛在的助催化劑來修飾電催化劑，為提高電極的OER活性提供了可能。

One-atom-thick hexagonal boron nitride co-catalyst for enhanced oxygen evolution reactions. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-42696-3