[Angew] 一种全新的压缩应变策略提高单原子催化剂氧还原性能
金属原子-氮位点的碳载体催化剂（M-Nx/C）在各种催化反应中表现出超高的活性和独特的选择性。金属位点的局部三维结构与载体的表面形貌和几何结构高度相关。与平面相比，高曲率表面容易产生非平面弯曲结构并引入应变效应，这可能有利于提高催化活性。单金属位点也可以更牢固地固定在高曲率载体上，从而影响催化活性。
基于此，中国科学技术大学Xusheng Zheng、吴宇恩教授和华中科技大学杨利明教授合作报告了一种弯曲单原子铁氮位点的应变工程，以提高氧还原反应（ORR）的电催化活性。相关工作以“Compressive Strain Modulation of Single Iron Siteson Helical Carbon Support Boosts Electrocatalytic Oxygen Reduction”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图1.（a）D-Fe SAC合成过程示意图；（b）SEM图像；（c）TEM图像；（d）HAADF-STEM图像；（e）D-Fe SAC的元素分布；（f-i）D-Fe SAC（f，g）和LD-Fe SAC（h，i）的像差校正HAADF-STEM图像。
详细地，螺旋聚吡咯首先以自组装手性表面活性剂为聚合模板得到的。热解后，得到右手螺旋单原子铁催化剂（D-FeSAC），在螺旋高曲率中空碳纳米纤维上具有孤立的Fe-N4位点。高曲率表面在支持的Fe-N4位点上引入了压缩应变效应。
理论计算表明，弯曲结构和压应变可以调节Fe-N4位点的电子状态，降低ORR的能垒。此外，还基于其他金属元素（例如Co和Ni）获得了各种弯曲的金属-氮位点。该研究为调节单个金属位点的局部三维结构和通过应变工程提高催化活性提供了见解。
图2.（a）D-Fe SAC和LD-FeSAC的N1s XPS光谱；（b）Fe K-edge XANES光谱；（c）FT-EXAFS光谱；（d）D-Fe SAC、LD-Fe SAC、Fe箔和Fe2O3的小波变换结果；（e）D-Fe SAC和LD-FeSAC的EXAFS拟合结果。
图3.（a）锌空气电池示意图；（b）开路电位曲线；（c）极化曲线；（d）使用D-Fe SAC、LD-Fe SAC和Pt/C作为阴极催化剂的放电曲线；（e）使用D-Fe SAC和Pt/C作为阴极催化剂的可充电锌空气电池的充放电曲线。
参考文献：
Jia Yang, Zhiyuan Wang, Chun-Xiang Huang, YidaZhang, Qinghua Zhang, Cai Chen, Junyi Du, Xiao Zhou, Ying Zhang, Huang Zhou, Lingxiao Wang, Xusheng Zheng, Lin Gu, Li-Ming Yang, Yuen Wu, Compressive StrainModulation of Single Iron Sites on Helical Carbon Support BoostsElectrocatalytic Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109058.