一组研究人员回答了一些有关单原子催化剂(SAC)的有前途的新型催化剂的一些紧迫问题。

揭示单原子催化剂上pH依赖性氧还原性能

科学家们已经确定金属-氮-碳(M-N-C)SAC是燃料电池和电池等关键应用中铂基催化剂的高效且经济高效的替代品。

然而，尽管它们前景广阔，但它们在氧还原反应(各种电化学系统中发生的关键过程)中的行为仍有几个方面尚未得到充分理解，例如它们的活性对pH值的依赖性、对不同电子转移途径的选择性，以及速率决定步骤的识别。

该研究小组的成员包括东北大学材料高级研究所(WPI-AIMR)副教授李浩，深入研究了M-N-C催化剂的复杂性，解决了长期以来困扰科学界的基本问题。

通过对100多个M-N-C催化剂结构的细致分析以及涵盖2,000多个数据集的全面能量评估，研究人员发现了这些材料的催化活性随pH值的变化。

与之前的假设相反，该研究揭示了M-N-C催化剂对不同pH水平的微妙响应，其中一些催化剂在酸性和碱性环境中表现出显着的稳定性和性能。

该研究还强调了催化剂的组成与其性能之间复杂的相互作用，阐明了影响不同反应途径选择性的因素。通过合成各种M-N-C催化剂并对它们进行严格的实验测试，该团队验证了他们的理论预测，证实了他们的模型在预测关键催化参数方面的准确性。

“我们的发现代表了寻求高效和可持续催化材料的一个重要里程碑，”李指出。“通过揭示M-N-C催化剂的pH依赖性、选择性和多功能性，我们正在为开发具有前所未有的性能和适用性的下一代催化剂铺平道路。”

鉴于电催化中pH依赖性非常普遍，Li和他的同事希望将这一成功模型扩展到各种催化反应中。“我们希望提高催化理论模型的精度，以便更好地筛选高性能和稳定的催化剂，”李补充道。