四电子氧还原反应(ORR)电催化为能量转移,存储和氧监测提供了一种有前途的方法。然而,大多数使用的催化剂总伴随着过氧化氢(H2O2)的还原,这降低了电催化选择性。近日,中科院化学所毛兰群,清华大学李亚栋等报道了一种在中性介质中,起始电势为0.68 V(vs. RHE),四电子ORR的单原子Co-N4电催化剂,该催化剂同时具有较高的H2O2耐受性,其性能优于商用Pt电催化剂。
本文要点:
1)电化学动力学分析证实,Co-N4催化位点主要促进ORR的直接四电子途径,而不是以H2O2为中间体的两个连续的两电子还原途径。
2)密度泛函理论计算表明,H2O2在卟啉状Co中心的弱吸附阻碍了H2O2的还原。这使得该电催化剂具有较好的抗H2O2电流干扰的能力,从而实现了高选择性的O2传感;作者进一步通过体内可靠的传感性能验证了该催化剂的了高选择性O2传感性能。
该工作证明了具有可调金属-吸附物相互作用的单原子催化剂的优势,拓宽了其在环境和寿命监测中的应用。
Fei Wu, et al. A Single-Atom Co-N4 Electrocatalyst Enabling Four-Electron Oxygen Reduction with Enhanced Hydrogen Peroxide Tolerance for Selective Sensing. J. Am. Chem. Soc., 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c07790