Nature Commun.:如何制备高负载量单原子催化剂?

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金属单原子催化剂M-SACs)已成为促进多相反应的一个极具吸引力的概念,然而,合成高负载M-SACs仍然是一个巨大挑战。


近日,德国马克斯·普朗克聚合物研究所Klaus MüllenAkimitsu Narita报道了一种在氮,硫和氟共掺杂的石墨化碳(M = FeCoRuIrPt)中构造高负载M-SAC M-SA-NSFC)的多层稳定策略。



本文要点


要点1. 研究人员将有机金属前体(OMs)约束在全氟十四烷酸(PFTA)双层内,在最终热解工艺之前,该双层进一步用聚吡咯(Ppy)涂层。PFTAPpy多层的约束可有效防止OMs在热解过程中迁移,从而导致多孔石墨化碳中孤立的金属原子与N原子配位。结果显示,该方法能够合成高达16 wt%的高负载量的各种M-SACs,包括铁(Fe),钴(Co),钌(Ru),铱(Ir)的非贵金属和贵金属和铂(Pt)。


要点2. 研究人员基于电催化氧还原反应(ORR),研究了Fe-SA-NSFC的潜在应用。结果显示,Fe-SA-NSFC在碱性和酸性电解液中的ORR分别具有0.910.82 V(相对于可逆氢电极(RHE))的高半波电势(E1/2)。适用于最先进的无贵金属电催化剂。此外,作为空气电极,Fe-SA-NSFC在锌(Zn)空气电池中表现出优异的性能,包括247.7 mW cm-2的大峰值功率密度和240 h周期的长期稳定性。


要点3. 研究发现,Co-SA-NSFC对酸性电解液中的析氢反应(HER)表现出优异的活性,这是目前最可持续的制氢途径。


该通用策略为开发适用于各种应用的高负载M-SACs铺平了道路。



Zhou, Y., Tao, X., Chen, G. et al. Multilayer stabilization for fabricating high-loading single-atom catalysts. Nat Commun 11, 5892 (2020).

DOI10.1038/s41467-020-19599-8

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19599-8



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