碳的双重掺杂，尤其是氮和次级杂原子的结合，已被证明有效地优化了氧还原反应（ORR）的性能。然而，由于缺乏强有力的实验证据，双掺杂的最佳方案仍不明确，这需要依靠一种可靠的方法来制备能够排除干扰因素，然后只强调掺杂效应的碳材料。

有鉴于此，国家纳米科学中心智林杰研究员、王斌研究员和孔德斌等人，采用由内向外掺杂的方法制备了碳亚微管(CSTs)，作为研究ORR双掺杂催化剂设计原理的材料。

本文要点

1）排除了包括体相中的金属杂质和掺杂梯度在内的干扰因素，并研究了包括碳的结构和化学变化在内的掺杂效应。与S、B掺杂的N-CSTs相比，P掺杂表现出更高的成孔能力和较低的掺杂量，但ORR催化活性更高，说明N、P共掺杂在制备ORR碳基催化剂上效率更高。

2）第一性原理计算表明，位于石墨N原子附近的氧化态P位点周围的边缘C是活性位点，与Pt基催化剂相比，该位点显示出最低的ORR超电势。

3）双杂原子掺杂的碳的催化活性不仅取决于杂原子与碳之间的固有化学键，而且还受到引入不同原子所产生的结构变化的影响，可推广到除ORR外的其他类型的碳的功能化研究中。

参考文献：

Gao, Y., Kong, D., Liang, J. et al. Inside-out dual-doping effects on tubular catalysts: Structural and chemical variation for advanced oxygen reduction performance. Nano Res. (2021).

DOI: 10.1007/s12274-021-3484-y

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3484-y