自发现N掺杂碳纳米管具有高性能氧还原催化活性以来，碳基无金属电催化剂成为可替代贵金属电催化剂的有利候选者，被寄予厚望。因此，大量的研究致力于探索此类材料的催化机制，以求精准合理的设计高性能的催化剂。尽管一些通用的提升碳基ORR催化活性的策略和机理已被广泛接受和应用，如杂原子掺杂、拓扑缺陷/边界缺陷构筑和碳纳米结构设计等，但合理设计有利的碳纳米结构，使其富含缺陷同时具有合理的杂原子掺杂仍然具有很大的挑战。
为此，我们以富勒烯（C60）这种富含五元环缺陷的碳分子为前驱体单元，通过其与乙二胺的胺化反应构筑了一种独特的壳碳纳米球结构（FHCNSs）。得益于C60和乙二胺存在，FHCNSs在高温（800 ℃）条件下热解即可形成富含缺陷和N掺杂的多孔壳碳纳米球（N-PHCNSs-800）。进一步通过在热解过程中引入升华硫可得到N/S共掺杂的多孔壳碳纳米球（N,S-PHCNSs），并且N,S-PHCNSs的N原子含量和构型受热解过程中引入不同量的升华硫影响，可以有效实现对碳基电子结构的优化。最优的N,S-PHCNSs具有可比拟商用Pt/C催化剂的ORR活性，以及超越Pt/C的稳定性和抗甲醇性能。理论计算进一步探究了其活性起源，结果表明石墨N和噻吩S共掺杂的五元环缺陷具有独特的电子结构和最好的催化活性。
文章链接：Zhimin He, Peng Wei, Ting Xu, Jiantao Han, Xuejiao Gao* and Xing Lu*：Defect-rich N/S-Co-doped Porous Hollow Carbon Nanospheres Derived from Fullerenes as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction and Zn-air Batteries Materials Chemistry Frontiers，2021. DOI: 10.1039/D1QM00854D
