1、 全文速览：
近日，中国科学院上海高等研究院姜政研究员，曾高峰研究员和徐庆副研究员，在国际知名期刊《Applied Catalysis B: Environmental》上发表题为“A fully-conjugated covalent organic framework-derived carbon supporting ultra-close single atom sites for ORR”研究型论文。该文论述了基于全共轭的sp2-c-COF碳化形成具有超临近Fe单原子位点的碳纳米棒，通过X射线吸收谱学，球差电镜等确认了Fe原子的主要存在形式，DFT计算论证了临近Fe单原子具有优于孤立Fe单原子的*OH吸附能。该研究为单原子催化剂的开发和设计提供了新的思路。
2、 背景介绍：
共价有机框架(COFs)是一类由可预设的结构单体通过共价键合而成的多孔聚合物。由于其可控性骨架和多孔性，COFs在气体吸收、离子传导、多相催化、膜科学以及能量储存和转化等方面有广泛的应用。近年来，以C=C键连接的COFs由于具有超高的化学稳定性和热稳定性而受到越来越多的关注。COFs的C=C键促进了骨架上的电子传递，这使得它们用于光催化和发光的半导体材料中。重要的是，它们完全共轭的框架与石墨烯相似，因此有被用作制造二维碳材料的前驱体的潜质。
氧还原反应是涉及电化学能源转化的关键反应，亟需寻求替代高活性Pt基催化剂的非贵金属催化剂。碳基单原子催化剂具有较高的原子利用率和良好的化学稳定性，被认为是取代Pt/C的ORR催化剂。到目前为止，不同的碳包括石墨烯、碳纳米管和金属有机骨架衍生的碳作为固定金属原子的载体。近期也有很多基于COF衍生碳材料负载单原子的氧还原催化剂报道。而近年来专注位点的研究表明，双核金属原子等距离超近的原子位点可以进一步提高催化转化反应的活性。
3、 本文亮点：
a) 构筑了比表面积高达804.8 m2 g-1的二维碳纳米棒。
b) 通过锚定Fe原子，在碳纳米棒上构建了超紧密的Fe单原子位点，对氧还原具有较高的催化活性。
c) 密度泛函理论计算表明，距离邻近的FeN4位点的*OH吸附能低于孤立的FeN4位点。
4、图文解析：
图一：(A)从sp2-c-COF到Fe-COF900合成示意图；sp2-c-COF(蓝色)与Fe-COF(红色)的(B)PXRD，(C)77K下N2吸脱附曲线，(D) FTIR; (E) sp2-c-COF, (F) Fe-COF, (G) Fe-COF900 的SEM图像。
图二：(A) COF900(蓝色)与Fe-COF900(红色) 的77K下N2吸脱附曲线；(B) Fe-COF900的XPS N1s谱；(C)和(D) HAADF-STEM图像；(E) XANES 图；(F) Fe-COF900的EXAFS傅里叶变换谱；(G) k2权重的EXAFS 数据的小波变换。
图三 密度泛函（DFT）计算了近距离Fe单原子位点吸附中间体对应的吉布斯能变，并给出了反应路径图。
5、 总结与展望：
我们首次以全共轭的共价有机框架构筑二维碳材料，该碳纳米棒能够锚定表面上的Fe原子对，从而具有ORR较高的催化选择性和活性。此外，该催化剂表现出优秀的长期稳定性以及甲醇耐受性。DFT计算结果表明，超临近Fe单原子位降低了氧还原过程中的*OH的形成能。这项工作为共价有机框架合成原子级分散催化剂提供了新的视角和思路。
6、 作者介绍：
杨帅：中国科学院上海应用物理研究所2019级博士研究生，导师为上海光源姜政研究员。主要研究方向为同步辐射电催化应用，用于电化学能源转化的共价有机框架及其衍生物。以第一作者及共同第一作者在Appl Catal B, Nano Energy, Energy Environ. Sci., Chem. Mater., JMCA等期刊发表论文8篇。
徐庆：中国科学院上海高等研究院副研究员，上海市浦江人才。研究方向为设计开发有机二维多孔材料及其衍生碳材料在电化学能量存储和转移器件中应用研究包括锂离子电池，超级电容器，燃料电池等等。相关研究成果以第一作者/通讯作者在国际顶级期刊J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.等杂志发表论文二十余篇。
曾高峰：中科院上海高研院低碳转化科学与工程中心研究员，博士生导师。研究方向包括无机膜材料、催化膜反应器和储能制氢。近年来在Nature Commun, Adv Mater, ACS Nano, Appl Catal B, ACS Cent Sci和J Membr Sci等国际期刊发表文章70余篇，授权专利数十项。主持国家自然科学基金3项、中科院项目1项、上海市科委项目2项和企业合作项目若干项。先后入选中科院青促会和上海人才发展资金资助计划。
姜政：研究员，博士生导师。现任中国科学院上海高等研究院上海光源材料与能源科学研究部主任，上海光源线站工程谱学分总体负责人。主要工作集中于：1）同步辐射X射线谱学线站的设计与建设；2）发展先进的同步辐射X射线谱学方法，包括X射线发射谱、高分辨吸收谱、时间分辨谱学、原位谱学等，建立了对能源材料从单原子到团簇的系统的研究体系。迄今为止，共发表相关工作共计300多篇。
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/jiangzheng