​中大AEM：CMFCs催化ORR的降解机理及强化策略

碳基无金属催化剂（CMFCs）在酸性环境下的氧还原反应（ORR）性能较差，其原因尚不清楚。

基于此，中山大学王成新教授（通讯作者）等人通过研究杂原子（N、B、P、S、Se和Te）掺杂的还原石墨烯氧化物（rGO），发现CMFCs的酸性ORR性能降解机制与碳sp²晶格中的含氧缺陷相关，该缺陷表现出低至0.44 V的过电位，但对氧分子的捕获能力较弱。

这些发现不仅修正了已报道的CMFCs基面活性位点的建模策略，而且强调了这些活性位点与三配位VIA基团元件（XC₃）之间的联系。

DFT计算表明，碳sp²晶格中含氮和含氧缺陷的组合对ORR是活跃的。实验和计算都表明，决定N-rGO ORR性能的关键因素不是N的构型，而是N与不可避免的含氧缺陷的组合。

该发现可能会结束通过碳质材料与N原子掺杂得到的CMFCs中N构型的争论，其中涉及到不同形式的N，如吡啶-N，吡咯-N和石墨-N。

此外，该发现将有助于确定CMFCs中基面活性位点对增强ORR性能的贡献。因此，位于CMFCs边缘的杂原子S在催化ORR中的作用并不明显。

作者发现S-rGO的基平面缺陷，如SC₂(H)（ξ^ORR=0.84 V）和SC₂O(OOH)（ξ^ORR=0.49 V），表现出ORR性能。此外，在S-rGO的合成过程中，会产生一些含氧缺陷，这些缺陷在ξ^ORR范围为0.58-0.60 V时对ORR也具有活性。

Degradation Mechanism and Enhancing Strategies of Oxygen Reduction Reaction Catalyzed by Carbon-Based Metal Free Catalysts in Acidic Solution. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203159.

https://doi.org/10.1002/aenm.202203159.