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蒋三平/邵宗平/田植群Small: “配位环境决定性能”！N配位环境工程提高Co-N/C催化剂的电催化活性
在电化学能量转换和存储装置中，氧还原反应(ORR)由于其缓慢的反应动力学和高活化能而成为最关键的反应。因此，开发具有成本效益、高活性和耐用的电催化剂对于有效的能源转换至关重要。
在该项工作中，科廷大学蒋三平、邵宗平和广西大学田植群等通过前驱体调制策略，成功将Co单原子嵌入到具有不同N类型(吡啶-N、石墨-N和吡咯-N)的N掺杂碳中(Co-N/C+NP、Co-N/C+NG和Co-N/C+NPY)，并研究了N配位环境其对Co-N/C催化性能的影响。
使用DPM(具有两个N原子的六元环2, 4-二氨基嘧啶)合成的Co-N/C+NG在较宽的pH范围内表现出最高的ORR电催化活性: 在0.5 M H2SO4、0.1 M KOH和50 mM PB溶液中，Co-N/C+NG的Eonset/E1/2分别为0.96/0.815 V、1.04/0.915 V和0.93/0.73 V，优于Pt/C电催化剂。
此外，Co-N/C+NG还表现出优异的OER电催化活性和在锌-空气电池中作为氧电极的优异性能，具有高功率密度(248 mW cm-2)和优异的循环稳定性，明显优于电池Pt/C-IrO2氧电极。该研究清楚地表明，Co-N/C材料强烈依赖于掺杂N的配位环境。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，Co-N4位点附近的配位N物种充当活性中心Co-N4的电子供体，导致Co原子的d带中心下移；Co原子增加的电子密度降低了ORR中间物种在Co-N4簇上的吸附能，导致能垒显着降低，ORR在Co SACs上的反应速率提高。
此外，NG位于Co-N4的元位中心具有向Co-N4活性中心提供电子的最高能力，与没有特定N物种配位的原始Co-N4中的Co原子相比，d带中心降低了0.211 eV。本研究提供了对单原子催化系统中最佳活性中心的基本见解，并为在分子水平上设计基于SAC的ORR催化剂提供了综合指导。
Boosting Electrocatalytic Activity of Single Atom Catalysts Supported on Nitrogen-Doped Carbon through N Coordination Environment Engineering. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202105329
