單原子催化劑(SAC)可以提高析氫反應(yīng)(HER)和氧還原反應(yīng)(ORR)的內(nèi)在催化活性。然而，由于合成過(guò)程復(fù)雜且穩(wěn)定性不足，挑戰(zhàn)仍然存在。

因此，香港科技大學(xué)羅正湯、加州大學(xué)爾灣分校潘曉晴、斯坦福大學(xué)Khalil Amine和天津大學(xué)楊靜等開(kāi)發(fā)了一種可持續(xù)的方法被應(yīng)用于通過(guò)激光照射合成SAC并獲得介孔氧化石墨烯(MGO)。氮摻雜MGO(NMGO)的表面懸空鍵從Co或Fe金屬泡沫中提取金屬原子種類(lèi)，并通過(guò)適當(dāng)?shù)暮铣煞椒▽⑺鼈冝D(zhuǎn)化為SAC。

Co-NMGO電催化劑僅需146 mV的低電位可達(dá)10 mA cm^-2的電流密度，而Fe-NMGO電催化劑在酸性溶液中具有起始電壓為0.79 V的ORR性能。通過(guò)像差校正的掃描透射電子顯微鏡、X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)確認(rèn)單個(gè)金屬原子的存在。

該方法成功應(yīng)用于合成氧化石墨烯多孔結(jié)構(gòu)，且對(duì)于各種層狀結(jié)構(gòu)材料(金屬氧化物等)都是可行的。而懸鍵的概念為開(kāi)發(fā)各種重要反應(yīng)、二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)和氮還原反應(yīng)提供了一條簡(jiǎn)單的可持續(xù)途徑。

此外，該研究應(yīng)用的GCP模型為目前的電化學(xué)研究提供了新的見(jiàn)解，以深入了解反應(yīng)機(jī)理。

Laser-Irradiated Holey Graphene-Supported Single-Atom Catalyst towards Hydrogen Evolution and Oxygen Reduction, Advanced Energy Materials, 2021. DOI:10.1002/aenm.202101619