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析氧反应(OER)是最常见的分子氧生成反应之一，由于其高能量屏障和缓慢的反应动力学，OER成为许多生物和化学过程的速率控制步骤。因此，了解反应过程和开发高效的OER催化剂是克服OER固有缺点的关键。受高效酶促反应的启发，人们已经做了很多努力来合成仿酶结构和功能的催化剂。锰氧化物是一种有前途的氧电催化剂，其结构类似于天然产氧复合物，而氧化还原过程中不平衡的质子掺入限制了氧化还原反应的活性。受上述启发，研究人员认为，除了结构仿生学，调节酸碱化学反应性和反应环境也是一个潜在的策略。

基于此，武汉理工大学麦立强、晏梦雨、英国帝国理工赵云龙和牛津大学Shik Chi Edman Tsang(曾适之)等利用α-MnO2作为模型催化剂，通过原位光谱表征证明了di-μ-oxo桥联Mn在OER反应中的关键作用，并报道了一种简便的电场辅助提高OER的策略。

密度泛函理论(DFT)计算表明，去质子化的表面对于维持关键中间体*OOH的双位点吸附至关重要，以获得中等的吸附能量；同时，桥接氧是点阵质子掺杂反应的中心，为后续的OER过程提供了一个中等活性的中心和能量分布。此外，受到生物系统内源电场的启发，一个调制的外部电场被应用于增强去质子化和质子耦合以实现高效电催化。外加电场可以增强MnO2的氧化还原转变和去质子化过程，这有助于促进质子-电子转移，从而提高了MnO2的OER性能。

因此，通过外加电场，所制备的催化剂在1.7 VRHE处的电流密度从141增加到704 mA cm-2，在100 mA cm-2电流密度下的过电位仅为360 mV，在相似的条件下其活性甚至与贵金属氧化物(例如IrO2)相当。此外，基于α-MnO2的一种新的场增强流动池系统，显示出34%的电流密度和44.7 mW cm-2的净输出功率增加，并在碱性条件下具有良好的稳定性。

总的来说，该项工作深入了解了质子掺杂在调制氧化还原转变中的作用，并开发了一种提高电催化性能的实用方法，为推进OER反应相关设备的实际应用铺平了道路。

Electric-field-assisted proton coupling enhanced oxygen evolution reaction. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47568-y