石墨烯上原子分散的氮配位铁位点（Fe−N₄）为推动CO₂电化学还原反应（CO₂RR）生成CO提供了独特的机会。然而，由于CO解吸过程缓慢，*CO在嵌入完整石墨烯的Fe−N₄位上的强吸附显著限制了电流密度。

近日，美国德州农工大学Ying Li，匹兹堡大学Guofeng Wang报道了通过处理石墨烯上的孔边以改变孤立的Fe−N₄位的局域电子结构，从而提高其促进CO生成的本征反应活性。

文章要点

1）选择氧化石墨烯(GO)作为负载Fe−N₄的起始材料，Fe-N-G-p的制备包括三个步骤。首先，首先，对GO进行H₂O₂蚀刻，在GO（GO-p）的整个基面上生成纳米孔。其次，GO-p被用作吸附Fe³⁺的载体（Fe³⁺-GO-p）。然后，Fe³⁺-GO-p在高温下用尿素氮化。在此过程中，Fe³⁺-GO-p上的氧基团与尿素分解产生的含氮气体之间的反应将GO-p还原为多孔石墨烯和N掺杂原子嵌入到碳晶格中，最终形成Fe-N-G-p催化剂。

2）Fe-N-G具有二维的片状特征，具有皱纹，是一种典型的N-G形态。此外，观察到大量的通孔，尺寸在2至5 nm之间，表明成功在石墨烯纳米片上构建大量孔。HAADF-STEM图像显示单个亮点，表明原子分散的Fe嵌入碳基质中。值得注意的是，孤立的Fe原子位于石墨烯层的大部分和空穴的边缘。元素映射图进一步证实了N和Fe在石墨烯骨架上的分散。

3）结果表明，在石墨烯基面上开孔负载Fe−N₄可以显著提高其CO₂RR活性，与RHE相比，0.58V下的CO法拉第效率为94%，周转频率为1630 h^-1。机理研究表明，孔隙边缘的引入导致Fe中心d带的下移，削弱了Fe−C键的强度，使CO吸附在边缘的Fe−N₄上，从而提高了CO的脱附和析出速率。

该研究表明，载体局部结构的工程化为设计高性能单原子催化剂提供了一条有效途径。

Fuping Pan, et al, Pore-Edge Tailoring of Single Atomic Iron−Nitrogen Sites on Graphene for Enhanced CO₂ Reduction, ACS Catal., 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02499

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02499