四电子ORR电催化反应为能源转化、储存、氧测试等提供了有效的方案，但是通常该过程中伴随着生成H₂O₂的还原反应，并会降低电催化反应选择性。有鉴于此，中科院化学所毛兰群、清华大学李亚栋等报道了一种单原子Co-N₄电催化剂，在中性环境中起始电位达到0.68 V (vs. RHE)，并且具有较高的、超过商业化Pt电极对H₂O₂的容忍性，电化学动力学分析结果显示，Co-N₄催化剂位点更倾向于进行四电子ORR反应，而非通过H₂O₂过程的两电子反应。DFT计算结果显示，由于卟啉Co位点上的H₂O₂吸附性能较弱，导致还原H₂O₂的过程被抑制。因此，电催化剂受到H₂O₂的干扰作用得以缓解，此外电极能够选择性的对O₂进行体内环境传感，以上研究结果为金属-吸附物之间相互作用的调控提供经验，扩展了单原子催化剂在环境、生物监测领域中的应用前景。

本文要点：

（1）

合成方法。通过SiO₂模板法将[5,10,15,20-四(4-(咪唑-1-基)苯基)卟啉]钴（Co-TIPP）组装到空心碳球中，表征结果显示合成得到的Co-N₄/C纳米球的直径为200 nm，Co含量达到2.2 wt. %，通过X射线吸收表征结果发现材料中Co的价态在0~+2之间，Co的配位键长为1.65 Å，并且未出现2.17 Å对应于金属Co-Co键的峰，验证了Co的配位数为4，Co-N键长为1.98 Å。

（2）

H₂O₂容忍性测试。通过电流测量法（amperometric investigation）对电极在滴定H₂O₂过程中四电子ORR中的反应情况进行表征，考察了电催化反应中H₂O₂和O₂还原中HPRR（H₂O₂还原）、ORR的选择性，通过考察电流比，发现ΔI_H2O2/ΔI_O2的比值Co-N₄/C最低（14 %），20 % Pt/C电极的比值为55 %，Pt/玻碳电极的比值为57 %。该结果说明Co-N₄/C电催化剂有最高的H₂O₂容忍性。

（3）

通过电流测量法测试了催化剂对pH 6.5~8.5范围内对一系列还原性分子的容忍性，包括抗坏血酸AA，多巴胺DA，血清素5-HT，二羟苯基乙酸DOPAC，肾上腺素E，去甲肾上腺素NE等在生理浓度测试O₂的容忍性，显示其有希望用于选择性O₂生理测试中。

参考文献

Fei Wu, Cong Pan, ChunTing He, Yunhu Han, Wenjie Ma, Huan Wei, Wenliang Ji, Wenxing Chen, Junjie Mao, Ping Yu, Dingsheng Wang, Lanqun Mao*, and Yadong Li

A Single-Atom Co-N₄ Electrocatalyst Enabling Four-Electron Oxygen Reduction with Enhanced Hydrogen Peroxide Tolerance for Selective Sensing, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c07790

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07790