由詹姆斯·图尔教授领导的莱斯大学科学家，以及德克萨斯大学圣安东尼奥分校和中国科学院的团队，在中国北京发现了一种石墨烯催化剂的欺骗行为，直到现在还没有引起注意。石墨烯已被广泛测试，作为燃料电池等应用中昂贵铂的替代品，其中该材料催化氧化还原反应（ORR），将化学能转化为电能。

由于石墨烯不是天然金属，研究人员在用作阴极时其催化活性受到困扰。Rice团队现已发现，石墨烯前体或反应物中的微量锰污染物隐藏在石墨烯晶格中。在合适的条件下，这些金属钻头激活ORR。Tour表示，他们还提供了如何改善石墨烯等超薄催化剂的见解。

由于碳原子和锰原子之间的对比是如此微小，因此传统的表征技术如X射线衍射和X射线光电子能谱（XPS）无法看到污染物的痕量原子。“实验室报告了'不含金属'的石墨烯催化剂，他们收集到的证据很容易被解释为表明，”图尔说。“事实上，他们使用的工具不够灵敏，无法显示锰原子。”

一种更灵敏的工具，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），清楚地看到了Rice实验室制作的样品中的“入侵者”。

将氮掺杂的石墨烯测试样品从氧化石墨烯中还原，然后酸洗一至六次。每次洗涤，ICP-MS扫描显示锰原子较少，并且在石墨烯样品中检测不到六次。通过第五次洗涤，催化活性完全改变，并显示前者的活性归因于那些残留的金属原子。

实验室报告，使用常规分析工具（包括XPS或透射电子显微镜）在任何相同样品中均未观察到锰原子。

研究人员对样品的ORR活性进行了表征，发现两次洗涤的氮 - 石墨烯是最有效的。这些样品倾向于将单个锰原子结合到石墨烯结构中，这有助于通过四电子过程完全还原氧，其中四个电子通常从氢转移到氧原子。

“在四电子过程中，氧气被还原为水或氢氧化物，”该论文的第一作者说。“然而，过氧化物是在双电子过程中形成的，这导致较低的扩散限制电流密度并产生有害的活性氧物质。” 该团队表示，没有金属，石墨烯中的ORR效率要差得多。

Tour表示，该结果应该会导致人们研究微量金属在其他被认为无金属的材料中的作用。“单原子催化剂可以隐藏在石墨烯中，它们的活性非常深远，”他说。“因此石墨烯有时候归结为石墨烯中真正的单一金属。石墨烯本身就很好，但在这些情况下，这些单一的金属原子偷渡者看起来更好看。 “

该研究得到了空军科学研究办公室，海军研究办公室，国家研究资源中心，国家科学基金会 - 材料研究和教育伙伴关系，国家卫生研究院国家少数民族健康研究所的支持。健康差异，国家自然科学基金和中国科学院高能物理研究所建林林基金会。