水电解是将电能转化为化学燃料的一种可持续和清洁的策略，但其效率受到阳极析氧反应(OER)动力学缓慢的限制。为了提高OER性能，人们已经投入了大量的努力来开发含有特定电子结构的活性位点的电催化剂。这种的电催化剂通常具有缺陷位点或者由杂原子组成。然而，有缺陷的位点通常含有活性悬挂键，可能影响催化剂的稳定性。另一种提升催化剂活性的方法是在电极上组装助催化剂，形成多相结构，改善界面处的物质和能量传递过程。最近的一个进展是利用分子尺度的配体作为助催化剂，进一步减少电解质中电子和质子传递到电极的距离。然而，助催化剂的稳定性通常受其与电极的接触影响，并且其覆盖范围预计会减少电极的有效活化面积。
基于此，厦门大学曹阳和北京航空航天大学宫勇吉等报道了一种覆盖OER电催化剂的厘米大小的六方氮化硼(hBN)薄膜。由于B-N键与位于N原子周围价电子的强极化作用，hBN表现出对含氧物种优异的化学亲和力，这种亲和力优化了各种含氧物种的吸附，从而提高了OER催化性能。从这个角度来看，每个B-N键可以看作是一个吸附位点(位点密度约1015 cm-2)，并且所有位点都暴露在表面上。更重要的是，hBN的单原子尺度的厚度允许快速电子隧穿作为一个额外的电荷传输机制，尽管在平面内hBN是绝缘体，其不阻碍垂直于平面方向的界面电荷转移。所制备的hBN/NiFeOxHy催化剂达到2000 mA cm−2电流密度时仅需490 mV的过电位，在300 mV过电位下的质量活性约为104 A g−1；并且该电极在此电流密度下连续运行150小时，活性衰减小于10%。研究人员将增强的稳定性归因于hBN封装阻断了活性物质进入NiFeOxHy表面，并阻止了那里的任何局部蚀刻过程；hBN的封装也可以阻止NiFeOxHy中的晶格氧参与反应，进一步提升了稳定性。此外，研究人员还利用hBN封装了金属(氧)氢氧化物、金属和碳，OER活性都增长了20倍左右，表明hBN封装是提高各种电极上OER性能的通用策略。因此，hBN作为一种潜在的助催化剂来修饰电催化剂，为提高电极的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
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