向自然学习在学术界引起了人们的广泛关注,从自然界学习能够激发材料或催化剂设计,提出创造性的解决方案。
有鉴于此,厦门大学王宇成等报告一种仿生的硒单原子(Se)位点修饰的碳结构,这种结构具有硒酶(selenoenzyme)或过氧化酶(peroxides)的独特反应性,能够选择性的催化氧还原反应ORR。
本文要点:
(1)
设计的Se-C达到~100 %的4 e-选择性,这能够从实验结果看出优异的选择性(当过电势为0.5 V,H2O2收率占比仅为0.039 %),这个结果达到商用铂Pt催化剂性能的65倍。
(2)
原位XAS光谱和DFT理论计算结果表明,Se-C催化剂的特殊反应选择性能够归因于Se位点从过氧化物中间体中攫取O原子的类似酶催化剂的现象。另外,连续的2+2电子选择性显著提高。受益于类酶的H2O2还原活性,与0.875 V的Pt相比,Se-C的起始电位更高,为0.915 V。Se-C作为次级催化位点,通过连续的2+2电子途径,分别能够比Co-N-C、Fe-N-C和N-C催化剂的H2O2产量降低96 %、67 %和98 %。这也通过保护活性位点免受氧化攻击,因此得到更加稳定的催化剂。
这项工作为ORR及其他反应选择性的精确调控建立新途径。
参考文献
yucheng wang, Pengyang Zhang, Xia Xu, Wen-song Yu, Zhiyao Duan, Huan Huang, Tao Wang, Gang Fu, Zhiyou Zhou, Shigang Sun, Enzyme-Inspired Single Selenium Site for Selective Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202418897
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202418897