调节载体上单个金属活性中心的局部和全局环境，对于开发既能克服电催化热力学约束又能克服动力学约束的高效单原子电催化剂至关重要。

有鉴于此，新加坡国立大学Lu Jiong、Chun Zhang和新加坡Institute of Chemical and Engineering Sciences的Shibo Xi等人，设计了一种具有优异氧还原反应（ORR）性能的核壳结构SAEC(Co₁-SAC)。

本文要点

1）通过可控热解核壳结构沸石咪唑酸酯骨架（ZIF），设计制备了核壳结构的SAC，并能够合理控制其金属负荷、局部协调环境和整体形态。合成的SAC由高密度的局部工程化活性位点（Co-N₃C₁）组成，这些活性位点位于N掺杂的微孔非晶碳(N-MAC)中，并被介孔导电石墨烯(GC)外壳包裹。

2）理论计算表明，与Co-N₂C₂和Co-N₄相比，ORR在Co-N₃C₁位点上进行在能量上更有利。Co-N₃C₁具有不同于Co-N₂C₂和Co-N₄的近费米电子态，这有利于与O₂的电子杂化和随后吸附O₂*的质子化，从而形成OOH*。

3）外介孔石墨壳既促进了质量传输又促进了电子转移，极大地提高了ORR性能，使SAC优于绝大多数非贵金属SAC。将Co-N₃C₁-SAC工程化为一种微/介孔核壳结构，显著增强了质量传输和电子传输，进一步提高了ORR和Zn空气电池的性能（略优于Pt/C）。

总之，该工作为SACs的局域和全域环境的工程化设计开辟了一条道路，以实现广泛有效的电化学转化。

参考文献：

Xiao Hai et al. Engineering Local and Global Structures of Single Co Atoms for a Superior Oxygen Reduction Reaction. ACS Catal., 2020.

DOI: 10.1021/acscatal.0c00936

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c00936