無金屬碳材料中活性位點(diǎn)的確定對(duì)于開發(fā)實(shí)用的電催化劑至關(guān)重要，但由于反應(yīng)過程中動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演變過程難以捉摸，因此確定活性位點(diǎn)的精確構(gòu)型還是一個(gè)挑戰(zhàn)。
基于此，吉林大學(xué)姚向東教授和臥龍崗大學(xué)陳俊等人報(bào)道了通過對(duì)缺陷密度和碳上O-基團(tuán)類型的可控操縱來揭示缺陷位點(diǎn)的性質(zhì)，包括構(gòu)建缺陷密度與過氧化氫（H2O2）法拉第效率之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，缺陷密度最高的氧修飾缺陷石墨烯-30（O-DG-30）催化劑具有優(yōu)異的H2O2法拉第效率（~98.38±1.6%）。
通過DFT計(jì)算，作者研究了有關(guān)活性羰基修飾五邊形缺陷性質(zhì)的原子見解。鑒于醌和羰基在O-DG-30上共存，作者提出了多種模型結(jié)構(gòu)，主要包括在缺陷部位的鋸齒形邊緣和扶手椅形邊緣上錨定的潛在O-基所建立的構(gòu)型。
對(duì)于2e? ORR，熱力學(xué)平衡勢對(duì)應(yīng)于活火山圖的頂點(diǎn)。在理論上，具有最大活性的催化劑應(yīng)有4.22 eV的GOOH*。C1和C2模型的ORR活性最低，說明羧基不是影響O-DG-30 ORR活性的主要因素。
D2模型活性最高，UL和ΔG OOH*值分別為0.683 V和4.217 eV，非常接近理論理想值，B1和A1模型在火山地塊上的位置與D2模型非常接近。
需注意，O基團(tuán)錨定在位于鋸齒形和扶手椅邊交界處的六邊形上，而不是碳晶格中的富集位點(diǎn)。羰基修飾的五邊形缺陷（C5=O）可視為O-DG-30生成H2O2的主要活性位點(diǎn)，因此O-DG-30催化劑具有最高的缺陷密度，為特定的O基團(tuán)修飾提供了足夠的位點(diǎn)，從而最大化了2e- ORR性能。
Unveiling the dynamic active site of defective carbon-based electrocatalysts for hydrogen peroxide production. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-41947-7.
