石墨烯（graphene）負(fù)載的單原子催化劑（SACs）是貴金屬的有前途的替代品，用于催化析氫反應(yīng)（HER），但是它們的性能受到本征活性低和傳質(zhì)不足的限制。基于此，湖南大學(xué)費(fèi)慧龍教授和葉龔蘭副教授、廣西大學(xué)趙雙良教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種石墨烯負(fù)載的Co-N-C SAC，其具有高度的HER活性。
在文中，作者利用低配位Co-N3基團(tuán)修飾的皺縮和卷曲石墨烯（CoN3-CSG）的合成，其中通過熱沖擊處理實(shí)現(xiàn)皺縮和卷曲的形態(tài)特征，而低配位微環(huán)境是通過在石墨烯基底內(nèi)引入由高溫金屬蝕刻效應(yīng)引起的面內(nèi)納米孔隙來實(shí)現(xiàn)。
獨(dú)特的形態(tài)在很大程度上緩解了石墨烯的重新堆疊相關(guān)問題，從而顯著增強(qiáng)了Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面積（與平面對應(yīng)物相比增強(qiáng)了4倍）和電化學(xué)活性表面積（ECSA）（增強(qiáng)了10倍），這可能會進(jìn)一步提高活性位點(diǎn)的暴露程度并促進(jìn)大規(guī)模傳輸。
通過電化學(xué)測量和密度泛函理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，CoN3-CSG中的Co單原子具有低配位的Co-N3構(gòu)型，這是由于優(yōu)先占據(jù)石墨烯基底中的面內(nèi)孔的外圍，有助于增強(qiáng)本征活性。
得益于這些優(yōu)點(diǎn)，CoN3-CSG顯示出異常高的HER活性，在電流密度為10 mA cm-2時(shí)過電位（η）低至82 mV，Tafel斜率為59 mV dec-1，在η=100 mV時(shí)轉(zhuǎn)換頻率（TOF）為0.81 s-1（比Co-N4對應(yīng)物高了約2.6倍），使其成為基于碳負(fù)載Co SACs的最活躍的HER催化劑之一。
Engineering the Morphology and Microenvironment of a Graphene-Supported Co-N-C Single-Atom Electrocatalyst for Enhanced Hydrogen Evolution.?Small,?2022, DOI: 10.1002/smll.202201139.
https://doi.org/10.1002/smll.202201139.
