目前电解水产氢技术（OWS）的主要瓶颈在于高能耗的阳极析氧反应（OER）。另外，由于阳极产物（O2）的价值低，使得OWS的整体效益更低。为进一步提高成本效益，用其他低能耗的阳极反应替代高耗能的OER反应具有很高的应用前景，如甲醇氧化生成甲酸等有机小分子氧化反应。甲酸作为一种重要的工业原料，通常需要在苛刻条件下进行合成，因此电化学氧化甲醇制备甲酸是一种更为绿色环保的方案。Ni基催化剂已广泛用于OER和MOR等反应中，但其在MOR中的反应机理仍不明确。
本论文报道了利用原位Raman光谱、H/D同位素效应研究和DFT计算等策略探索了NiM-LDH （M = Fe、Mn）催化剂在甲醇氧化（MOR）制甲酸过程中的结构演化与反应机制，并提出了基于一对催化活性位点（包括NiIII和邻近亲电氧）的协同或双功能催化机理：即NiIII提供反应底物及中间体的吸附位点，邻近亲电氧位点作为氢受体有利于实现反应底物和催化剂之间的氢转移，从而将原位生成的NiIIIOOH还原为NiII(OH)2。与经典的基于单一位点的催化机理相比，该机理可以很好的解释基于NiFe或NiMn-LDH催化剂的自发或非自发的MOR过程，催化剂表面的 NiII/NiIII动态平衡以及高选择性的甲酸生成。因此，该机理的提出将有助于深入理解MOR过程，为先进催化剂的设计提供理论依据。
该成果最近发表于Nature Communications，论文的通讯作者是苏州大学2138cn太阳集团古天乐冯莱教授和河北工业大学的金朋教授，唯一第一作者是苏州大学博士研究生朱博韬。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37441-9