近年来，单原子催化剂(SACs)引起了广泛的关注，但其较低的金属负载量严重阻碍了其进一步的应用。

有鉴于此，中科大江海龙教授，俞书宏院士报道了一种纳米浇铸策略，将SiO₂引入到卟啉MOF-PCN222（Fe）的介孔中，每个卟啉接头中都具有单个Fe（III）位点。由于直径约为3.2 nm的一维介观通道，SiO₂可以充分填充到PCN-222（Fe）中，形成热稳定的FeN₄/SiO₂界面。经过高温热解和SiO₂去除，获得了单原子Fe催化剂，表示为Fe_SA–N–C，Fe含量高达3.46 wt％

文章要点

1）研究人员使用三氟乙酸（TFA）代替传统的苯甲酸作为调节剂来制备PCN-222(Fe)。SEM图像显示PCN-222（Fe）具有直径约250 nm的均匀纺锤形结构。而TFA的低沸点使其易于直接脱气而无需额外的预活化过程（苯甲酸调节剂必需）以在PCN-222（Fe）中提供可用的孔隙空间。然后在150 °C下对MOF脱气后，这极大地促进了原硅酸四乙酯（TEOS）随后引入PCN-222（Fe）中孔以进行SiO₂纳米浇铸。简便的TFA去除和介孔性可确保TEOS在PCN-222(Fe)的整个内部空间中的完全渗透。得益于MOF的超高酸性稳定性，经过HCl蒸气处理，PCN-222(Fe)中的TEOS可以水解并冷凝为二氧化硅，SiO₂@PCN-222（Fe）复合材料具有良好的MOF结晶度。SiO₂@PCN-222(Fe)在800 °C的温度下热解后，生成了由多孔碳稳定的金属（氧化物）复合物。通过酸蚀去除氧化物后，最终获得了具有保留纺锤形的Fe_SA–N–C，并且在TEM图像中未观察到颗粒。

2）在热解过程中，卟啉接头中被N原子锚定的Fe原子的空间隔离是抑制Fe团聚的第一个保护性屏障。 MOF通道中的二氧化硅用作氧化物底物，与Fe原子相互作用，可以增加Fe原子的迁移能垒并防止其聚集。同时，在除去二氧化硅时，可以改善所得的N掺杂的多孔碳的孔隙率和表面积，有利于活性位点的暴露和传质。

3）由于具有高密度的Fe_SA位点，Fe_SA–N–C在碱性和酸性介质中均表现出出色的氧还原性能。同时，Fe_SA–N–C在质子交换膜燃料电池中电压达到0.8 V时，电流密度为292 mA cm^-2，最大功率密度为0.68 W cm^-2，与最佳非贵金属催化剂相当。更重要的是，这项工作为高含量的SAC（例如Fe_SA，Co_SA和Ni_SA）提供了一种通用的综合方法。

Jiao, L., Zhang, R., Wan, G. et al. Nanocasting SiO₂ into metal–organic frameworks imparts dual protection to high-loading Fe single-atom electrocatalysts. Nat Commun 11, 2831 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-16715-6

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16715-6