拓扑缺陷具有不对称的局部电子重新分布，有望局部调节碳材料的本征催化活性。然而，由于碳网络的高形成能，特意制造具有高密度、均匀的拓扑缺陷仍然极具挑战性。
有鉴于此，中科院宁波材料技术工程研究所Jianwei Su，陈亮副研究员报道了一种有效的NH3热处理策略，用于从富含N的多孔碳颗粒中彻底去除吡咯N和吡啶N掺杂剂，从而形成高密度拓扑缺陷多孔碳颗粒（DPC）。
文章要点
1）选用ZIF-8颗粒作为前驱体，通过煅烧和盐酸刻蚀的方法制备了三维NPC。ZIF-8衍生的氮掺杂碳材料在800 ℃加热时，没有C-N基团的情况下，N含量最高。NPC中的氮含量高达20.82 at%，提供了丰富的吡啶基N（10.51 at%)和吡咯酸-N（5.81 at%）物种，可以作为含N的前体，通过去除RMD模拟中的N原子来获得拓扑缺陷的碳材料。将NPC在NH3气流下在高温（800,900,950和1000 °C)下热处理1 h。
2）FESEM和TEM的图像显示，得到的DPC-NH3-T(其中T表示退火温度)样品类似于NPC的均匀多面体形状，尺寸略有减小。随着退火温度的升高，晶粒的平均尺寸明显减小，同时形貌转变为表面较粗糙的球形多面体，DPC-NH3-950的多面体状形貌，平均尺寸为140 nm NPC，这是从表面较粗糙的前体直接转化而来的。高分辨透射电镜图像清楚地显示了多孔的DPC-NH3-950颗粒实际上是由随机取向的多层石墨烯畴组成的，其中平行堆积的几个石墨烯层之间的晶面间距为0.34 nm，与石墨相的(002)面一致。
3）研究人员通过近边X射线吸收精细结构测量和局域态密度分析系统地研究了生成的拓扑缺陷，并通过反应分子动力学模拟揭示了缺陷的形成机理。值得注意的是，所制备的多孔炭材料具有增强的电催化CO2RR性能，产生的电流密度为2.84 mA cm−2，法拉第效率为95.2%。这一结果是已报道的无金属CO2RR电催化剂的最佳性能之一。
4）密度泛函理论计算表明，边缘五边形中心是CO2RR的主要活性中心，其自由能(ΔG)最低。
该研究为调整主要催化位点的构型，从而提高电催化活性和选择性提供了一种缺陷工程学策略。
Yan Dong, et al, Ammonia Thermal Treatment toward Topological Defects in Porous Carbon for Enhanced Carbon Dioxide Electroreduction, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001300
https://doi.org/10.1002/adma.202001300
