为了降低聚合物电解质膜(PEM)燃料电池的催化剂成本，需要探索高效的铂单原子(Pt1)催化剂用于氧还原反应(ORR)。

有鉴于此，韩国科学技术高等研究院EunAe Cho等人， 以氮掺杂的廉价活性炭（Black Pearl 2000，NBP）为基础，报道了低温水热乙醇还原法，合成了负载约为5 wt %的Pt单原子催化剂(Pt₁/NBP)。通过进一步热处理Pt₁/NBP，重构孤立铂原子的配位环境，得到了独特的氮锚定铂单原子，孤立铂原子保留率为47.8%，分散良好的铂纳米颗粒在碳载体上(Pt₁@Pt/NBP)。

本文要点

1）首先基于氮掺杂活性炭（Black Pearl 2000，NBP），通过水热乙醇还原法制备了Pt含量约为5 wt％（Pt₁/NBP）的原子分散的Pt基电催化剂，并对双电子氧还原途径表现出高选择性。通过进一步的高温热解，重构这些孤立铂原子的配位环境，形成独特的氮锚定铂单原子活性位点(Pt₁@Pt/NBP)，从而形成高效的四电子氧还原途径。

2）电化学测量结果显示，Pt₁@Pt/NBP在燃料电池中具有出色的ORR性能，高耐久性和快速的ORR动力学，在0.9 V的电池电压下，铂的质量活性高达133.3 A/g_Pt。

3）物理特性和密度泛函理论（DFT）计算表明，碳载体中掺杂的N杂原子可以有效地促进Pt原子的分散，高温热解可以重建邻近氮原子的孤立铂原子的配位环境，并产生独特的吡啶氮键合的Pt单原子高效四电子氧还原途径的活性位点。

参考文献：

Jing Liu et al. Reconstructing the Coordination Environment of Platinum Single-Atom Active Sites for Boosting Oxygen Reduction Reaction. ACS Catal., 2020.

DOI: 10.1021/acscatal.0c03330

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03330