近日，燃料电池研究所章俊良教授和蒋昆副教授，在单原子Pt配位环境和氧还原反应选择性调控方面取得新进展，在Nature Communications上发表了题为Manipulating the Oxygen Reduction Reaction Pathway on Pt-Coordinated Motifs的研究成果，论文第一作者为2019级硕士研究生赵佳俊，章俊良教授和蒋昆副教授为共同通讯作者。

电催化氧还原反应（ORR）是可再生能源转化和利用过程中的一个重要反应。分子O₂可通过4e⁻途径还原为H₂O，或通过2e⁻途径还原为H₂O₂。前者是质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和金属-空气电池中的重要反应，以最大限度提高化学能量转换效率，后者是一种环境友好的H₂O₂原位生产方法。因此，无论是基础机理研究还是应用研究，都迫切需要一种简单的ORR反应路径调控策略。

本体Pt催化剂被认为是催化O₂转化为H₂O的最佳单体金属材料，但原子级分散的Pt催化剂在还原产物选择性方面存在争议。在这一工作中，作者通过将孤立的Pt原子分散在具有不同非金属元素掺杂的碳纳米管（CNTs）基底上，制备了一系列具有不同配位环境和位点密度的Pt单原子催化剂（Pt-X-CNT, X = S, C, N）。实验结果表明，将Pt原子配位环境从Pt-C调整为Pt-N-C和Pt-S-C，反应从4e⁻调控到2e⁻路径，实现了从23.3%到81.4%的可控 H₂O₂选择性，以及从0.30到2.67的H₂O₂/H₂O转换频率比（0.4 V vs. RHE电位条件）。理论计算表明，对于反应中间体*OOH，Pt-C位点有利于其进一步解离还原，而Pt-S和Pt-N位点更倾向于将其质子化生成H₂O₂。以Pt-N-C催化剂为例，作者进一步证明了随着Pt位点密度的增加，最大的H₂O₂选择性可以从70%调控到20%，这为不同应用场景下的氧还原调控提供了思路。

论文链接：Manipulating the Oxygen Reduction Reaction Pathway on Pt-Coordinated Motifs