单原子催化剂（SACs）可以提高析氢反应（HER）和氧还原反应（ORR）的本征催化活性。然而，由于合成过程复杂和稳定性不足，其仍然存在巨大挑战。

近日，香港科技大学罗正汤教授，加州大学欧文分校Xiaoqing Pan，阿贡国家实验室Khalil Amine报道了采用一种可持续的方法，通过激光辐照合成SAC_S并获得一种介孔氧化石墨烯（MGO）。

文章要点

1）研究发现，氮掺杂的MGO（NMGO）表面的悬挂键将金属原子从金属泡沫Co或Fe中提取出来，并通过适当的合成方法将其转化为SACs。

2）值得注意的是，Co-NMGO电催化剂仅需146 mV的过电位即可获得10 mA cm⁻²的电流密度。同样，Fe-NMGO电催化剂在酸性溶液中用于ORR的起始电压为0.79 V。

3）研究人员通过像差校正的扫描透射电子显微镜，X射线吸收近边结构和扩展的X射线吸收精细结构等表征证实了各个金属单原子。基于巨正则势动力学模型进行的密度泛函理论（DFT）计算表明，Co-NMGO在−0.1 V时的最佳HER反应自由能为−0.17 eV，在用于ORR时，Fe-NMGO的极限电位小于Co-NMGO。

这项工作为合成SACs及其机理的理解开辟了一条新的途径。

参考文献

Kishwar Khan, et al, Laser-Irradiated Holey Graphene-Supported Single-Atom Catalyst towards Hydrogen Evolution and Oxygen Reduction, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101619

https://doi.org/10.1002/aenm.202101619