单颗粒水平碳载体氧化还原调控导向的高效铂碳催化剂设计

为解决传统催化剂设计受限于宏观研究及金属纳米颗粒复杂调控的问题，来自国内的研究人员通过单分子荧光显微技术揭示了石墨烯片(GSs)厚度与表面O=C-OH基团对氧化还原电子转移(ET)速率的差异化影响，并据此设计出高性能Pt/C HER/HOR电催化剂。该研究为单颗粒水平精准优化催化剂提供了新范式。

　　

这项突破性研究利用单分子荧光显微镜(single-molecule fluorescence microscopy)首次在单颗粒层面解析了石墨烯片(GSs)厚度与氧化还原电子转移(ET)的构效关系。有趣的是，还原性ET速率随GSs厚度减小而提升，而氧化性ET则在薄层GSs上达到稳定值。更引人注目的是，表面羰基羧基(O=C-OH)如同"分子开关"，既能加速还原过程又抑制氧化反应。

基于这些发现，研究者巧妙设计了两种高性能铂/碳(Pt/C)纳米电催化剂，分别用于氢演化反应(HER)和氢氧化反应(HOR)。相比传统宏观研究方法，这种"从单颗粒到整体"的研究策略不仅揭示了碳载体效应的本质，更实现了催化剂性能的精准调控，大幅降低了研发试错成本。研究团队通过碳纳米球体系验证了该机制的普适性，为高效催化剂设计提供了全新方法论。

这项工作的创新性在于将基础研究与实际应用直接关联——通过单颗粒水平的氧化还原行为解析，指导宏观催化剂的理性设计，完美诠释了"见微知著"的科学理念。