DOI: 10.1038/s41467-021-26025-0

酸性析氧反应（OER）中催化剂稳定性差一直是一个长期存在的问题。在此，研究者使用静电纺丝方法，在嵌入石墨碳层（IMO）的半导体金属氧化物上引入缺电子性金属，该半导体金属氧化物由Ir（Rh，Au，Ru）-MoO3组成。结合实验和理论系统研究了IMO的结构、电子转移行为和OER催化性能。值得注意的是，具有缺电子性金属表面的IMO（Irx+；x>4）在10 mA cm-2下表现出仅约156mV的低过电位，并且由于MoO3上金属的高氧化态，其在酸性介质中具有出色的耐久性。此外，质子解离途径通过表面氧作为质子受体。本研究表明，通过创建缺电子表面，这些材料具有高稳定性和高催化性能，并为其他金属半导体纳米催化剂的设计提供了一种通用且独特的策略。

图1.石墨碳层封装金属-半导体的合成方案。a）静电纺丝装置和旋转收集器中纤维形成的示意图。b）钼盐、各种金属氧化物、PVP纤维（左）和金属-金属氧化物纳米复合材料（右）的SEM图像。

图2.IMO的形态和结构表征。a）PXRD图谱。b）TEM图像。c,d）TEM图像与不同对比度的EDS线扫描。e）TEM-EDS元素映射图像。f,g）HRTEM图像。h）ABF-STEM图像。

图3.IMO的电子转移行为表征。a）Ir4f的HR-XPS。b）Mo3d的HR-XPS。c）IMO的电荷密度差。d）c的放大电荷密度差。黄色和青色区域分别代表电子积累和消耗。红色、金色和紫色球分别代表O、Ir和Mo原子。等值面值为0.015e/bohr3。

图4.X射线吸收精细结构（XAFS）表征。a）Ir箔、Ir-MoO3、IrO2-MoO3和IrO2中Ir L3-edge的XANES测量光谱。b）Ir箔、Ir-MoO3、IrO2-MoO3和IrO2的L3-edge XANES光谱导数。c）R空间中的Ir L3-edge X射线吸收傅立叶变换（FT）k3加权EXAFS光谱。d）Ir-MoO3、IrO2-MoO3和MoO3的Mo K-edge XANES光谱。e）Ir-MoO3、IrO2-MoO3和MoO3的L3-edge XANES光谱导数。f）R空间中的Mo K-edge X射线吸收傅立叶变换（FT）k3加权EXAFS光谱。g）Ir-MoO3、IrO2-MoO3、IrO2、MoO3、Ir箔和Mo箔的小波变换（WT-EXAFS）。

图5.电化学析氧反应（OER）性能。a）所制备样品的OER极化曲线。b）比较达到10 mA cm-2电流密度所需的过电位，c）比较OER的固有催化活性。d）所制备电极的Tafel图。e）IrO2-MoO3、Ir-MoO3、RuO2和Ir的计时电位曲线。

图6.IMO活性位点的DFT计算建模和调查。a）在MoO3和Ir之间的界面位点（A位点）、Ir的边缘位点（B位点）、Ir的中空位点（C位点）和Ir的顶部位点（D位点）上HO*吸附的最佳位点。b）a中四个位点的相应吸附能。c）相对能量分布，以及箭头定义的各种反应物质的简化表面结构。d）松弛后站点B的HOO*配置。e）弛豫后位点A的HOO*结构。f）弛豫后位点C的HOO*结构。颜色代码：红色、金色和紫色球分别代表O、Ir和Mo原子。