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拓扑杂原子转移调控单原子配位环境促进析氢
碳载金属单原子催化剂的配位环境与杂原子的排布密切相关，而经由热解过程制备催化剂时通常面临前驱体结构坍塌的问题，如何精准控制单原子催化剂中的配位原子仍是优化其催化性能以及解析催化机制的重要前提。扬州大学田静琦教授、蒋腾飞副教授和南特大学Romain Gautier研究员共同提出拓扑杂原子转移策略用于调控碳载金属单原子的配位环境。通过石墨烯量子点自组装形成螺旋纤维结构，利用组装体内部空腔的悬挂基团螯合金属离子（Nx···Mn+···Oy），充分发挥石墨烯量子点的石墨化结构特性，有效避免了热解过程中的结构坍塌，将杂原子由组装体转移至单原子催化剂中，实现了碳载钴单原子催化剂中杂原子的精准排布（Co–PxN4-x–C, x= 0,1,2,3)。其中Co-P2N2-C显示出优异的碱性电解水析氢性能。通过系列表征手段解析催化剂结构，结合理论计算研究催化机制，表明所引入的P原子不仅改变了钴中心的电子结构、影响反应物和中间体的吸附，还可以作为有效的质子受体进而改变中间体H*的转移路径，优化反应动力学。
主要作用
该项工作基于RapidXAFS 2M结构谱仪在这篇文章中发挥了重要作用，主要用于研究钴（Co）基单原子催化剂的原子结构和电子结构。
???? 元素价态分析：通过测量Co元素 K边 XANES谱，研究人员确定了Co的价态。XANES光谱显示Co-PN-C和Co-N4-C的吸收边介于Co箔和CoO之间，表明Co的价态在0到+2之间。与Co-N4-C相比，Co-PN-C表现出更低的氧化状态，这与P的电负性低于N有关。
???? 配位环境分析：扩展X射线吸收精细结构傅里叶变换谱（FT-EXAFS）谱和小波变换图谱（WT）揭示了Co原子的配位环境。EXAFS谱显示Co-PN-C SACs中存在Co-P和Co-N散射路径，表明Co原子被P和N原子等量配位，形成了Co-P2N2基元。这种精确的配位结构信息对于理解单原子催化剂的活性位点至关重要。
综上，基于RapidXAFS 2M结构谱仪的XAFS技术针对单原子体系可提供关键的元素价态、配位环境和电子结构信息，在此工作中帮助研究人员深入理解P原子在Co-SACs中的作用机制及其对电催化性能的影响。
