​厦大/南科大Matter：原子分散Se催化剂定向重构，实现对肼的高效氧化

彻底了解从初始状态演变的重构活性位点对于各种催化反应是至关重要的，因为它不仅促进了对催化机制的原子级理解，而且还指导了实际可用催化剂的设计。特别是在电化学反应条件下，反应过程中表面位点的重构现象涉及原子吸附，迁移和复合，这可能导致活性位点的形成或失活，决定了真正的催化效率，而不依赖于催化剂的初始状态。

例如，在特定的还原电位下，Cu原子从金(Au)纳米颗粒的角部位迁移到更稳定的(100)面，改变Au的电子结构并增强催化性能。重构后，活性位点不再是原来的原始结构，而是新形成的表面位点。因此，探索催化条件下的表面重构有助于更好地理解活性位点和催化途径，同时也有助于设计更有效的催化剂体系。

近日，斯德哥尔摩大学袁家寅、厦门大学王宇成和南方科技大学罗光富等合成了一种碳负载的非金属原子硒(Se)催化剂，并证实了Se在SeC₄构型中的原子分散构型。

实验结果表明，在碱性介质中，最优的Se@C-1000催化剂对肼氧化反应(HzOR)表现出优异的活性，仅需−114 mV的电位就能产生1 mA cm⁻²的电流密度。并且其经过5000个CV循环后，在10 mA cm⁻²电流密度下的电位仅仅增加了3.5 mV；此外，Se@C-1000在固定电位下连续运行24小时后的电流密度仅下降12.4%，且反应后材料的结构几乎保持不变，表现出优异的稳定性。

更重要的是，将Se@C-1000催化剂用作阳极的直接肼燃料电池(DHzFC)表现出0.88 V的开路电压和244.9 mW cm^-2的功率密度，优于大多数报道的催化剂。

本文采用原位X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱(FTIR)，研究了原子分散的Se催化活性中心的动态重构过程。研究人员发现，初始的SeC₄会在碱性水溶液中预吸附一个*OH配体，然后在OH-SeC₄的反面位点发生N₂H₄分子的电化学氧化。理论计算表明，预吸附的OH基团从Se位点吸引电子，导致Se带正电荷，Se-C键极性增强，从而提高了对HzOR的表面反应活性。

综上，该项研究结果为原子分散的半金属催化位点的重构机制提供了深层次的见解，并促进了它们在广泛的能源系统中的实际应用。

Redirecting configuration of atomically dispersed selenium catalytic sites for efficient hydrazine oxidation. Matter, 2024. DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.001