金属单原子催化剂（M-SACs）已成为促进多相反应的一个极具吸引力的概念，然而，合成高负载M-SACs仍然是一个巨大挑战。
近日，德国马克斯·普朗克聚合物研究所Klaus Müllen，Akimitsu Narita报道了一种在氮，硫和氟共掺杂的石墨化碳（M = Fe，Co，Ru，Ir和Pt）中构造高负载M-SAC （M-SA-NSFC）的多层稳定策略。
文章要点
1）研究人员将有机金属前体（OMs）约束在全氟十四烷酸（PFTA）双层内，在最终热解工艺之前，该双层进一步用聚吡咯（Ppy）涂层。PFTA和Ppy多层的约束可有效防止OMs在热解过程中迁移，从而导致多孔石墨化碳中孤立的金属原子与N原子配位。结果显示，该方法能够合成高达16 wt％的高负载量的各种M-SACs，包括铁（Fe），钴（Co），钌（Ru），铱（Ir）的非贵金属和贵金属和铂（Pt）。
2）研究人员基于电催化氧还原反应（ORR），研究了Fe-SA-NSFC的潜在应用。结果显示，Fe-SA-NSFC在碱性和酸性电解液中的ORR分别具有0.91和0.82 V（相对于可逆氢电极（RHE））的高半波电势（E1/2）。适用于最先进的无贵金属电催化剂。此外，作为空气电极，Fe-SA-NSFC在锌（Zn）空气电池中表现出优异的性能，包括247.7 mW cm-2的大峰值功率密度和240 h周期的长期稳定性。
3）研究发现，Co-SA-NSFC对酸性电解液中的析氢反应（HER）表现出优异的活性，这是目前最可持续的制氢途径。
该通用策略为开发适用于各种应用的高负载M-SACs铺平了道路。
Zhou, Y., Tao, X., Chen, G. et al. Multilayer stabilization for fabricating high-loading single-atom catalysts. Nat Commun 11, 5892 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-19599-8
https://doi.org/10.1038/s41467-020-19599-8
