单原子催化剂已经引起了人们的广泛关注，尤其是在电催化领域。然而，以往的研究多集中在通过提高金属负载量来提高催化性能。通过改变催化剂的形貌来促进催化剂层间的传质，从而增加每个活性位点的利用率，也被认为是提高催化性能的一个非常具有吸引力的方法。

有鉴于此，日本产业技术综合研究所徐强教授等人合作首次提出了一种二氧化硅诱导的MOF模板（SMMT）策略，用于制备由孤立的单原子Fe位点修饰的悬空屋檐结构。

本文要点

1）作为一项概念验证研究，首次设计了一个悬空屋檐结构，该结构通过二氧化硅诱导的MOF模板化(SMMT)方法修饰孤立的单原子铁位点，覆盖SiOx的MOF可能产生向外的吸附力，从而导致MOF前体的各向异性热收缩。在热解过程中十二面体的平面塌陷的同时，可以保持ZIF-8的边缘。同时，Fe³⁺可以被所得的N掺杂碳还原并与相邻的氮/碳原子键合而形成Fe-N₄-C位点。

2）该悬空结构催化剂在碱性和酸性电解液中均表现出优异的ORR性能，可与先进的Pt/C催化剂相媲美，并优于迄今报道的大多数贵金属无催化剂。这种优越的催化活性源于其丰富的边缘结构，具有众多的三相边界，增强了反应物到单原子铁位点的质量传输性能(即增加了活性位点的利用率)，这验证了这种合成方法的实用性。

3）在锌空气电池中作为空气电极催化剂，它表现出优异的性能，可实现807.5 mAh g_Zn^-1的高容量（820 mAh g_Zn^-1，锌空气电池的理论容量），超高峰值功率密度为186.8 mW cm^-2以及惊人的能量密度（962.7 Wh kg_Zn^-1）。如此优异的电催化性能与其悬垂形态密切相关，具有边缘丰富的结构，具有更多的三相边界，可快速将反应物大量转移至催化活性的Fe位，从而实现每个活性金属位的超高利用率。

总之，这种SMMT策略为设计用于电化学能源应用的特殊结构催化剂提供了一种新的策略。

参考文献：

Chun-Chao Hou et al. Single‐Atom Iron Catalysts on Overhang‐Eave Carbon Cages for High‐Performance Oxygen Reduction Reaction.

DOI: 10.1002/anie.202002665

https://doi.org/10.1002/anie.202002665