碳基無金屬催化劑（CMFCs）在酸性環(huán)境下的氧還原反應(yīng)（ORR）性能較差，其原因尚不清楚。
基于此，中山大學(xué)王成新教授（通訊作者）等人通過研究雜原子（N、B、P、S、Se和Te）摻雜的還原石墨烯氧化物（rGO），發(fā)現(xiàn)CMFCs的酸性O(shè)RR性能降解機制與碳sp2晶格中的含氧缺陷相關(guān)，該缺陷表現(xiàn)出低至0.44 V的過電位，但對氧分子的捕獲能力較弱。這些發(fā)現(xiàn)不僅修正了已報道的CMFCs基面活性位點的建模策略，而且強調(diào)了這些活性位點與三配位VIA基團元件（XC3）之間的聯(lián)系。DFT計算表明，碳sp2晶格中含氮和含氧缺陷的組合對ORR是活躍的。實驗和計算都表明，決定N-rGO ORR性能的關(guān)鍵因素不是N的構(gòu)型，而是N與不可避免的含氧缺陷的組合。該發(fā)現(xiàn)可能會結(jié)束通過碳質(zhì)材料與N原子摻雜得到的CMFCs中N構(gòu)型的爭論，其中涉及到不同形式的N，如吡啶-N，吡咯-N和石墨-N。此外，該發(fā)現(xiàn)將有助于確定CMFCs中基面活性位點對增強ORR性能的貢獻。因此，位于CMFCs邊緣的雜原子S在催化ORR中的作用并不明顯。作者發(fā)現(xiàn)S-rGO的基平面缺陷，如SC2(H)（ξORR=0.84 V）和SC2O(OOH)（ξORR=0.49 V），表現(xiàn)出ORR性能。此外，在S-rGO的合成過程中，會產(chǎn)生一些含氧缺陷，這些缺陷在ξORR范圍為0.58-0.60 V時對ORR也具有活性。Degradation Mechanism and Enhancing Strategies of Oxygen Reduction Reaction Catalyzed by Carbon-Based Metal Free Catalysts in Acidic Solution. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203159.https://doi.org/10.1002/aenm.202203159.
