SACs催化性能受金属中心和局部配位环境的协同作用影响。通过改变配位环境,可以调整金属中心的电子和几何结构,从而改变对反应物的吸附活性,最终影响催化性能。在各种SACs中,Co-Nx-C配位结构的Co基SACs在ORR催化中引起了广泛的关注。虽然在许多不同的研究中发现了Co-N4-C位点的相同结构,但关于Co基SACs的ORR催化选择性存在明显的矛盾和争议。通常,Co单原子催化剂含有一个Co原子中心,该原子直接与N、S、O或其他元素结合,形成第一个配位壳层(CS),然后是第二个CS和第二个CS之外的配位环境。目前的研究大多集中在第二CS内部的结构上,而对第二CS之外的配位环境的影响关注较少。因此,迫切需要扩大我们对配位环境影响的认识,这可能为Co SACs选择性存在差异的根源提供有价值的见解
到目前为止,对SACs的催化研究主要聚焦在中心金属原子最近的第一和第二配位层的配位结构上。我们在此证明了第二配位层以外的化学环境也显著影响SACs的催化行为。我们的研究结果表明,远程配位环境中石墨氮的存在可以诱导CoN4C位点催化O2还原途径从4e-途径转变为产生H2O2所需的2e-途径。零场冷却变温磁化率证明,远程石墨N将Co的电子结构从低自旋态调整到高自旋态,从而减弱了对O2/*OOH的吸附,最终提高了对H2O2的选择性。我们进一步揭示了石墨N的这种作用可能普遍存在于其他SACs中,如FeN4C和MnN4C。石墨N掺杂的CoN4C表现出较高的产H2O2效率,在0.358 V(相对于RHE)下运行200 h的H2O2产率为0.096 mmol cm-2 h-1,并通过孔雀石绿的高效电芬顿反应降解等应用,证明了H2O2电合成的可行性。
(通讯员:王晓晓)