电化学氧还原反应能够分别通过4e-或者2e-过程分别实现化学能-电能转化、或者生成H₂O₂。目前Pt催化剂是已知的性能最好的O₂生成H₂O催化剂。但是目前人们对ORR还原反应中原子分散度的Pt催化剂选择性并没有明确的结论。

有鉴于此，上海交通大学章俊良、蒋昆等报道合成了一系列担载于碳基底上的Pt单原子催化剂，具有不同的相邻原子和Pt原子位点密度，研究了Pt催化剂的配位环境对ORR反应的选择性影响。

本文要点：

（1）

发现当Pt催化剂位点的配位环境从Pt-N-C变成Pt-S-C，氧还原反应的选择性能够由2e^-变为4e^-，因此在0.4 V vs RHE过电势H₂O₂的选择性从23.3 %提高至81.4 %，H₂O₂/H₂O的TOF比例从0.30提高至2.67。

（2）

反应能量分析发现，2e^-和4e^-反应过程中反应都以相同的中间体*OOH，同时Pt-C结构更容易进行解离还原方式，Pt-S或Pt-N结构更容易进行直接质子化生成H₂O₂。

通过在Pt-N-C催化剂中，通过提高Pt位点的浓度，能够将H₂O₂的选择性从20 %最高提高至70 %。本文研究为调控ORR反应的单独步骤用于各种不同要求的应用场景提供方法。

参考文献

Zhao, J., Fu, C., Ye, K. et al. Manipulating the oxygen reduction reaction pathway on Pt-coordinated motifs. Nat Commun 13, 685 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-28346-0

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28346-0