金属和氮掺杂的碳（M-N-C）材料作为一类独特的单原子催化剂（SACs）作为析氢反应（HER）中铂的替代品越来越受到关注；然而，它们在工业水平的高电流密度下用作 HER 电极仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此，湖南大学费慧龙教授、叶龚兰副教授和中国科学院高能物理研究所董俊才副研究员等人，设计了一种嵌入单原子 Co-N-C 位点的定向多孔碳膜，在高电流密度下具有出色的活性和稳定性。

本文要点

1）提出了一种策略，通过将单原子 Co-N-C 位点结合到定向多孔碳中，实现了基于 M-N-C材料的高活性和稳定的高电流密度 HER 电极薄膜。Co-N-C位点具有高的的本征活性和小的电荷转移电阻，有利于HER动力学。

2）具有垂直排列的大孔的独立碳膜和碳壁网络内的纳米孔有助于离子和气体的畅通传输。此外，薄膜的超润湿性能促进了电解质的润湿，确保了析出的H₂气泡的及时去除。

3）所设计的薄膜可以作为高效的HER电极，在酸中提供500和1000 mA cm⁻²的过电位分别为272和343 mV，并可以在1000 mA cm⁻²的条件下不间断稳定运行至少32小时。

总之，该工作为合理设计出在高电流密度下提高电催化活性和稳定性的SACs铺平了道路。

参考文献：

Rui Liu et al. Design of Aligned Porous Carbon Films with Single-Atom Co–N–C Sites for High-Current-Density Hydrogen Generation. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202103533

https://doi.org/10.1002/adma.202103533