金屬單原子催化劑（M-SACs）已成為促進多相反應的一個極具吸引力的概念，然而，合成高負載M-SACs仍然是一個巨大挑戰(zhàn)。
近日，德國馬克斯·普朗克聚合物研究所Klaus Müllen，Akimitsu Narita報道了一種在氮，硫和氟共摻雜的石墨化碳（M = Fe，Co，Ru，Ir和Pt）中構造高負載M-SAC （M-SA-NSFC）的多層穩(wěn)定策略。
本文要點
要點1. 研究人員將有機金屬前體（OMs）約束在全氟十四烷酸（PFTA）雙層內，在最終熱解工藝之前，該雙層進一步用聚吡咯（Ppy）涂層。PFTA和Ppy多層的約束可有效防止OMs在熱解過程中遷移，從而導致多孔石墨化碳中孤立的金屬原子與N原子配位。結果顯示，該方法能夠合成高達16 wt％的高負載量的各種M-SACs，包括鐵（Fe），鈷（Co），釕（Ru），銥（Ir）的非貴金屬和貴金屬和鉑（Pt）。
要點2. 研究人員基于電催化氧還原反應（ORR），研究了Fe-SA-NSFC的潛在應用。結果顯示，Fe-SA-NSFC在堿性和酸性電解液中的ORR分別具有0.91和0.82 V（相對于可逆氫電極（RHE））的高半波電勢（E1/2）。適用于最先進的無貴金屬電催化劑。此外，作為空氣電極，Fe-SA-NSFC在鋅（Zn）空氣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，包括247.7 mW cm-2的大峰值功率密度和240 h周期的長期穩(wěn)定性。
要點3. 研究發(fā)現(xiàn)，Co-SA-NSFC對酸性電解液中的析氫反應（HER）表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，這是目前最可持續(xù)的制氫途徑。
該通用策略為開發(fā)適用于各種應用的高負載M-SACs鋪平了道路。
Zhou, Y., Tao, X., Chen, G. et al. Multilayer stabilization for fabricating high-loading single-atom catalysts. Nat Commun 11, 5892 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-19599-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19599-8
來源：催化計
