清華&北林&耶魯最新Nat.Commun: 納米缺陷熱控策略實現電催化膜高效降解微污染物

一、【導讀】

? ?在過去十年中，電催化科學的發展促進了眾多研究領域的進步，包括電催化產氫、二氧化碳還原、燃料電池和電催化膜。在所有電催化領域引起共同關注的核心問題是電催化材料性能的提升。在材料結構（原子/晶格結構）層面，催化劑的元素組成和微觀結構對其電催化性能有著重要的影響。相應地，在原子水平上實現催化劑組成的可控精細調控已成為相關領域的研究前沿。然而，此類結構的精細制備或調控方法仍鮮有報道，已報道的少數研究的方法也較為復雜，且往往基于稀缺且昂貴的材料，這是實際應用時所不希望看到的。在材料結構層面實現微觀缺陷的可控構建對于改善催化劑的電催化性能至關重要，但是，目前有關碳基電催化劑缺陷結構的基礎生成原理尚待系統研究，面向實際生產的簡易、低成本制備方法亟待開發。

二、【成果掠影】

? ?近日，清華大學黃霞教授、北京林業大學梁帥副教授和耶魯大學Menachem Elimelech教授等人提出一種簡便且高度可控的熱調節策略，可以使普通碳材料在電催化降解污染物方面展現出超高性能。文章以“Subtle tuning of nanodefects actuates highly efficient electrocatalytic oxidation”為題發表在Nature Communications上。

三、【核心創新點】

1、作者報道了一種納米缺陷結構的熱控策略。該策略可以基于簡單且高度可控的碳化過程對原子/晶格排列進行細微調節，實現對納米缺陷的精細控制。

2、表征和模擬計算表明，該熱控策略可以通過控制以N為中心環化的揮發反應和基于C的sp3/sp2構型的改變來提高電催化效率。

四、【數據概覽】

圖1 熱法調控碳基材料原子/晶格結構策略示意圖及形貌元素表征。?2023 The Author(s)

圖2 揭示元素構成變化和碳基晶格變化。?2023 The Author(s)

圖3 揭示缺陷的產生、演變和湮滅。?2023 The Author(s)

圖4 電催化性能的量子化學計算和多物理場模擬。?2023 The Author(s)

圖5 簡易的熱調節有效地提高了電催化效率。?2023 The Author(s)

五、【成果啟示】

? ?綜上所述，作者提出并展示了該種熱控策略能夠微調N元素和C基主體的原子/晶格排列。結果表明，優選的熱處理過程可以提高電催化膜的氧化還原活性、增加電子轉移能力和提高吸附能力，從而顯著地提高電催化效率。另外，結合多物理場模擬，揭示了高性能電催化材料的制備應注重增加電催化活性位點。因此，該種熱控策略可為未來不同類型催化劑的精細和可控制造奠定科學基礎。

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原文詳情：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37676-6

本文由K . L撰稿。

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