原子异质界面精准构筑是实现新一代催化剂可控制备的一种理想途径。然而，传统的碳基异质界面的催化性能受限于其复杂而苛刻的制备过程所带来的无法确定的缺陷结构，严重制约了高性能催化材料的发展。

针对这一瓶颈问题,利用石墨炔可在任意基底可控生长的传统碳材料难以实现的独特优势，中国科学院化学研究所研究员、山东大学讲席教授李玉良院士和山东大学薛玉瑞教授发展了一种石墨炔/金属原子阵列(GDY/IrCuO_x)异质界面控制生长的普适方法，通过石墨炔的原位生长成功实现了异质界面处金属原子位置的精准控制。他们发现，在界面上形成的强不完全电荷转移实现了界面电荷转移的动态平衡，这个结果导致在界面处产生了强的压应变。通过对石墨炔厚度的连续调控，研究者们实现了对界面压应变的连续调节，从而实现在宽范围内对催化性能的精确调控。实验和理论计算结果均证明GDY与金属原子之间独特的不完全电荷转移促使GDY与IrCuO_x界面上形成强相互作用，并产生显著的异质界面压应变，有效提高了其电荷转移能力和本征活性，获得了具有优异选择性、超高活性和稳定性的GDY/IrCuO_x催化剂：当界面压应变达到3.0％时，催化剂在碱性模拟海水中仅需283 mV的超低过电位即可产生1000 mA cm^-2的海水析氧电流密度，并在大电流密度下展现出优异的长期稳定性，性能远远优于其他已报道的海水析氧催化剂。

图1. 具有不同厚度GDY/IrCuO_x异质结催化剂的合成、结构与反应自由能图。

图2. 不同厚度GDY包覆的IrCuO_x界面上的定量应变分析。

图3. 具有界面应变的GDY/IrCuO_x异质结催化剂海水电解析氧性能。

相关研究成果以“Controlled Growth of Metal Atom Arrays on Graphdiyne for Seawater Oxidation”为题发表在国际知名期刊《Journal of the American Chemical Society》上。山东大学为该论文的第一完成单位。文章第一作者齐璐为山东大学物质创制与能量转换科学研究中心、山东省物质创制与能量转换科学重点实验室助理研究员。本工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等多个项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c14742.