近日，江苏大学青年教师周亚洲在单原子催化研究方面取得新进展，通过层层固定金属前驱体策略实现超高负载量的单原子催化剂的制备。该成果发表在Nature Communications上，“ Multilayer stabilization for fabricating high-loading single-atom catalysts ”。

近年来，单原子催化剂因其具有最大的原子利用率、均一的活性位点、对特定反应优异的活性、选择性，已成为催化领域研究的热点。随着研究的深入，单原子催化剂的结构以及制备方法层出不穷，然而合成高负载的单原子催化剂仍然是一个巨大的挑战，严重制约单原子催化剂的实际应用。

针对这一难题，论文提出了一种通过构筑多层限制作用来固定及封装金属前驱体的新策略。研究人员将有机金属前驱体(OMs)约束在全氟十四烷酸(PFTA)双层中，然后在PFTA双层表面聚合聚吡咯(Ppy)涂层，经过水热反应进一步交联获得多孔水凝胶，在热解过程中，PFTA和Ppy多层的约束作用可以有效限制金属原子的迁移，从而使得金属原子与氮原子配位，并单分散在石墨化碳结构中。结果显示，该方法能够合成高达16 wt%的高负载量的各种金属催化剂，包括铁，钴非贵金属和钌、铱、铂等贵金属。基于电催化氧还原反应(ORR)，研究人员发现硫，氟等杂原子的掺杂可以改变铁活性中心的电子结构，增强其对氧中间体的脱附性能，进一步提高铁活性中心的ORR催化活性。

德国马克思-普朗克聚合物研究所Klaus Müllen和Narita, Akimitsu为论文共同通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金青年基金，国家博士后项目，江苏大学青年人才等项目的资助。

来源：江苏大学

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-19599-8