精确控制单原子催化剂(SACs)的配位环境,特别是同时设计多个配位壳层,对于最大化其催化性能至关重要,但仍然具有挑战性。香港城市大学楼雄文教授、河南师范大学高书燕教授等人提出了一种通用的两步法来制备一系列具有不对称Zn-N2O2基团的中空碳基SACs,同时在Zn中心的次配位壳层中用S原子进行调制(n≥2,标记为Zn-N2O2-S)。系统分析表明,由于第一配位壳层的N2O2与次配位壳层的S原子之间的协同作用,从而形成了具有最佳电子结构的、稳定的Zn位点,可以选择性地将O2还原为H2O2。值得注意的是,在第二配位壳层中含有S原子的Zn-N2O2基团对于关键的OOH*中间体具有接近理想的吉布斯自由能,这有利于OOH*在Zn位点上的形成和解吸,从而生成H2O2。结果表明,Zn-N2O2-S SAC具有良好的电化学产H2O2性能,选择性高达96%。即使在电流密度为80 mA cm-2的流动电解槽中,H2O2的产率也高达6.924 mol gcat-1 h-1,平均法拉第效率为93.1%,并且具有65 h以上的优异耐久性。相关工作以Single-Atom Zinc Sites with Synergetic Multiple Coordination Shells for Electrochemical H2O2 Production为题在Angewandte Chemie International Edition上发表论文。值得注意的是,这也是楼雄文教授在《Angewandte Chemie International Edition》上合作发表的第92篇论文。
Single-Atom Zinc Sites with Synergetic Multiple Coordination Shells for Electrochemical H2O2 Production,Angewandte Chemie International Edition,2023.https://doi.org/10.1002/anie.202313914