缺陷工程构建的连续三维单原子催化剂实现高效氧还原性能

为解决碳基材料中金属原子易团聚导致催化活性下降的问题，来自国内的研究团队通过氨热蚀刻技术成功合成缺陷协同的Fe─N4O单原子催化剂（Fe SAs/NPGN）。该材料具有2054.39 m2 g?1的超高比表面积，通过精准调控铁活性位点电子结构，显著提升氧还原反应（ORR）活性和甲醇耐受性，性能超越商用Pt/C催化剂，为能源转换材料设计提供新范式。

　　

在碳基材料体系中，金属原子存在热力学驱动的迁移团聚现象，这严重制约单原子催化剂的稳定性。传统解决方案是通过构建金属-氮配位结构（如Fe─N₄）来固定金属原子，但铁活性位点对氧中间体的强吸附作用仍限制其本征催化活性。

研究团队创新性地采用氨热蚀刻技术，成功制备出具有介孔结构的缺陷工程化Fe─N₄O单原子催化剂。这种三维连续结构不仅提供2054.39 m² g^?1的惊人比表面积，更通过氧原子掺杂巧妙调控铁活性中心的电子云分布。实验表征结合理论计算证实，这种缺陷协同作用能优化氧分子在Fe位点的吸附动力学，使氧还原反应（ORR）的催化效率产生质的飞跃。

值得注意的是，该催化剂在保持卓越稳定性的同时，对甲醇氧化反应表现出优异的耐受性，其综合性能远超商业铂碳（Pt/C）催化剂。这项研究为破解单原子催化剂"活性-稳定性权衡"困境提供了创新思路，在燃料电池、金属-空气电池等清洁能源装置中展现出广阔应用前景。