通讯作者：罗维
通讯单位：东华大学
单原子催化剂具有接近100%的原子效率，是目前催化领域发展最快的领域之一。但是，实现高负载量，通用的单原子合成策略仍面临着巨大的挑战。
近日，东华大学罗维研究员课题组报道了一种利用单宁酸(TA)丰富化学性质的通用单原子涂层(SAC)策略。得益于TA不同的螯合能力，可以在不同材料(如碳、SiO2、TiO2、MoS2)、尺寸(0D-3D)和尺寸(50 nm-5 cm)的基底上形成一系列单金属和双金属的SACs。
图1. 基于单宁酸化学的在不同底物上制备SACs的合成方法。
相关工作以“A Universal Single-Atom Coating Strategy Based on Tannic Acid Chemistry for Multifunctional Heterogeneous Catalysis”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。
图2.(a) Co-TAF/TiO2的TEM和(b) EDS元素分布。(c) Co k-dege Co-TAF涂层的FT-EXAFS。虚线为拟合曲线。(d) Co-TAF/TiO2和TiO2的Ti 2p高分辨率XPS。(e) Co-TAF/MoS2和MoS2的Mo 3d高分辨率XPS。(f) Co-TAF/CNT和CNT的C 1s高分辨率XPS。(g-i) Co-TAF/TiO2、Co-TAF/MoS2和Co-TAF/碳的化学结构。
要点1. TA单元不仅可以自组装成交联的多孔多酚骨架结构，还可以通过多种结合方式均匀地吸附在不同的基态上(如炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳布、SiO2、TiO2、ZnO、MoS2)。由于TA涂层具有多种相互作用方式和与基体的高结合亲和力，因此TA涂层对基体表面化学性质(如亲水性和疏水性)、尺寸(50 nm-5 cm)和尺寸(0D-3D)的广泛变化具有良好的适应能力。
要点2. 与金属离子螯合后，在氨气氛下一步热解，在基质上形成了纳米薄氮掺杂多孔碳涂层负载金属单原子(M-SAC)。TA法可推广应用于合成一系列单、双金属SACs(如M=Co, Fe, Mn, Co Mn, Fe Mn)。
要点3. 制备了两个固定在石墨烯和二氧化钛上的Co SACs（Co-SAC/G和Co-SAC/TiO2）。Co-SAC/G表现出优异的氧还原反应(ORR)活性和良好的长期稳定性，质量活性比Pt/C高6倍。Co-SAC/TiO2由于单原子的高活性和单原子涂层-TiO2异质结的形成而表现出优异的光催化活性。
要点4. 基于Co-SAC/G的可充电锌空气电池具有325 mW cm2的高功率密度和120小时(400次循环)的循环稳定性。Co-SAC/TiO2具有比单一组分更高的光降解活性。增强的光催化性能主要是由于Co SAC对过氧单硫酸酯(PMS)活化的高活性，以及SAC-TiO2异质结的形成促进了光生载流子的分离。
图3. Co-SAC/G-5.50的(a)TEM，(b) AC HAADF-STEM，(c) EDS元素分布。Co-SAC/G-5.50、CoPc、CoO、Co箔的（d)归一化XANES光谱，（e)在Co K-edge处的FT-EXAFS光谱。（f) Co-TAF/TiO2的EXAFS拟合数据。（g-j) CoSAC/G-5.50、CoPc、CoO、Co箔的小波变换光谱。
图4.对ORR和ZAB的电化学性能。
图5. 光催化降解实验。
来源:
Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202200465
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