盡管近年來在開發非鉑基金屬(PGM)催化劑方面做出了巨大的努力，但高效的氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFCs)仍然依賴于PGM催化劑。爲了減少PGM基催化劑中貴金屬的使用，人們對催化劑進行了大量的修飾工作，例如引入異質結構、缺陷工程和摻雜等。其中，單原子催化劑具有極高的原子效率，可將其用于解決上述問題。與三維材料相比，二維單原子材料具有更多的表面暴露量，在促進反應物質和電子轉移方面具有顯著的優勢。然而，二維單原子材料制備主要依靠載體的固有缺陷來捕獲金屬原子，這阻礙了高密度單原子材料的生産。因此，開發一種簡單有效的方法來增強催化劑的表面缺陷，實現高密度單原子催化劑的合成具有實際意義。

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近日，中國科學技術大學吳宇恩課題組在不改變配體的情況下，通過鹽輔助方法將ZIF-8的四面體結構轉化爲配位平面正方形；並且，在隨後的碳化過程中，隨著Zn原子的蒸發，氮摻雜碳載體(NC載體)的結構經曆了從五元環到六元環的轉變，以保持二維結構。碳化後，二維NC(2d-NC)載體主要包含六元環內的吡啶N，而3d-NC載體在五元環內含有較高比例的吡咯N，以及不能用于配位的石墨N。這種轉變導致在2d-NC載體上産生額外的缺陷位點。因此，利用2d-NC載體的結構特點，可以通過電沉積精確制備具有平面配位對稱性的Pt單原子催化劑(2d-Pt SAC)。

實驗結果表明，2d-Pt SAC的Pt負載量爲0.49±0.03 μg cm-2，高于3d-Pt SAC的Pt負載(0.37±0.04 μg cm-2)。在電催化氫氧化反應(HOR)過程中，2d-Pt SAC的交換電流密度爲1.47 mA cm-2；同時，該催化劑在50 mV的過電位下獲得了2396 AgPt-1的質量活性(比商業Pt/C催化劑高32倍，比3d-Pt SAC高兩倍)。 基于實驗和理論計算，平面配位結構的性能優勢是由于活性位點數量的增加和空間位阻效應，平面配位結構有利于H的吸附；而3d-Pt SAC的四面體結構對H2的吸附較爲困難，說明其空間構型不利于HOR反應。總的來說，該項工作闡明了配位對稱性對單原子催化劑性能的影響，爲設計具有成本效益和高活性的HOR電催化劑提供了理論指導。

Symmetry evolution induced two-dimensional Pt single atom catalyst with high density for alkaline hydrogen oxidation. Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202404672