電催化在各類電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中扮演了至關(guān)重要的角色，因此開(kāi)發(fā)高活性、穩(wěn)定且廉價(jià)的電催化劑具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。單原子催化劑兼具均相催化劑和異相催化劑的優(yōu)勢(shì)；石墨烯具有大的表面積、高的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，是負(fù)載單原子的理想載體之一。鑒于此，加州大學(xué)洛杉磯分校的段鑲鋒課題組與北京同步輻射裝置的研究人員合作，從合成策略、原子結(jié)構(gòu)表征和電催化應(yīng)用三個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了石墨烯負(fù)載的單原子電催化劑（G-SACs）的最新進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。相關(guān)研究成果以綜述文章發(fā)表在2019年10月21日的《Chem. Soc. Rev.》上。 

　　金屬原子的高遷移性和易于團(tuán)聚的特點(diǎn)限制了原始石墨烯用作G-SACs的載體。為了錨定金屬原子和避免原子團(tuán)聚，一般需要對(duì)石墨烯進(jìn)行缺陷化或功能化處理，論文作者對(duì)一些常用的G-SACs合成策略進(jìn)行了總結(jié)，包括：熱解和活化（按前驅(qū)體可分為：分子/聚合物，氧化石墨烯和金屬有機(jī)骨架），電子/離子輻照，球磨，原子層沉積，光化學(xué)還原和液相合成。 

　　圖：石墨烯負(fù)載的單原子電催化劑和利用全局化XAS分析方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析示意圖 

　　G-SACs活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)解析是建立催化劑構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)，同步輻射X射線吸收譜（XAS）是目前研究G-SACs最有效的實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一，因而如何利用XAS提取可靠的局域結(jié)構(gòu)信息極為重要。論文作者首先簡(jiǎn)介了XAS（包括EXAFS和XANES）的物理機(jī)制和數(shù)據(jù)處理方法，通過(guò)分析相關(guān)應(yīng)用實(shí)例以及結(jié)合EXAFS和XANES分別對(duì)中心吸收原子周圍配位原子的徑向分布和三維空間構(gòu)型敏感的特點(diǎn)，指出全局化XAS分析方法對(duì)精確解析金屬原子配位構(gòu)型的重要性，而且該方法對(duì)各類電催化劑結(jié)構(gòu)研究具有普適性參考價(jià)值。 

　　論文作者還總結(jié)了G-SACs在電催化領(lǐng)域的一系列應(yīng)用，包括ORR，HER，OER，CO2RR，NRR等，并在最后指出G-SACs領(lǐng)域的研究還需要進(jìn)一步提高金屬原子載量，系統(tǒng)調(diào)控配位結(jié)構(gòu)和建立準(zhǔn)確的構(gòu)效關(guān)系，以及利用原位實(shí)驗(yàn)技術(shù)揭示真實(shí)活性位點(diǎn)和各類催化反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 

　　發(fā)表文章： 

　　Huilong Fei, Juncai Dong, Dongliang Chen, Tiandou Hu, Xidong Duan, Imran Shakir,* Yu Huang* and Xiangfeng Duan*. Single atom electrocatalysts supported on graphene or graphene-like carbons. Chem. Soc. Rev., 2019, 48, 5207.