通过密度泛函理论计算和实验研究，利用不同的界面化学键Ir-O、Ir-Mo和混合Ir-Mo/O，探讨了MoO₂负载的Ir催化剂在优化氢氧化反应(HOR)活性中的调控机理。这里发现， Ir/O-MoO₂催化剂中通过 Ir-O键其界面电子分布是局部的，仅集中在Ir-O键上，降低了表面Ir原子的d带中心，削弱了H*和OH*关键中间体的吸附能，最终促使HOR活性增强。其中，HOR交换电流密度高达1.96 mA/cm_ECSA²。相反， Ir/Mo-MoO₂催化剂中通过Ir-Mo键其界面电子分布是离域的，分散在所有的界面Ir和Mo原子上，这使得表面Ir原子的d带中心上移，增强了H*和OH*的吸附能，结果其HOR活性不如Ir/O−MoO₂。其中，HOR交换电流密度仅为1.47 mA/cm_ECSA²。在Ir/ MoO₂催化剂中存在混合界面键Ir-Mo/O的情况下，催化剂上不规则的H吸附位点，导致了较小的交换电流密度（1.10 mA/cm_ECSA²）。因此，该研究工作得出的结论是，调节界面化学键模式可以优化金属氧化物负载金属催化剂的电子构型，从而有效提高其催化活性。
 
 
Figure 1. 具有不同界面化学键时，相应催化剂几何结构的顶视图和侧视图。
 
 
Figure 2. (a) Ir/Mo−MoO₂, Ir/O−MoO₂, 和 Ir/MoO₂的电荷密度差，(b) 投影晶体轨道哈密顿布居(pCOHP)曲线和局域态密度(PDOS)。
 
 
Figure 3. Ir/Mo−MoO₂, Ir/O−MoO₂, 和 Ir/MoO₂三种模型中界面和表面Ir原子的(a) Bader电荷和(b) d带中心。
 
 
Figure 4. 在所研究模型的不同吸附位点上(a)H*( ΔE_H*)和(b)OH *( ΔE_OH*)的吸附能；(c-d)在所研究的模型中，HOR在OH*形成前后的吉布斯自由能图。
 
 
Figure 5. Ir/Mo−MoO₂, Ir/O−MoO₂, 和 Ir/MoO₂三种催化剂的Ir 4f XPS光谱。(b)所研究催化剂的极化曲线。(c)动力学电流密度的塔菲尔（Tafel）图。（d）电化学活性表面积(ECSA)归一化的活性比较。
  
       该研究工作由重庆大学魏子栋和李莉课题组于2021年发表在ACS Catalysis期刊上。原文：Revealing the Regulation Mechanism of Ir−MoO₂ Interfacial Chemical Bonding for Improving Hydrogen Oxidation Reaction。

转自《石墨烯研究》公众号