原位探究催化反应活性中心对于认识催化反应机理，理性设计高效稳定的催化剂体系具有重要意义。近年来，碳载单原子催化剂在氧还原反应（ORR）领域快速发展，然而传统分级多孔碳载体表面的金属结合位点固有不均一性，准确建立催化剂的“结构-性能（构效）”关系，实现催化反应性/选择性的精准调控仍然面临极大挑战。

近日，大连理工大学的史彦涛教授、刘炜副教授和华东理工大学的鞠峰博士合作，在熔融盐制备碳载单原子催化剂的研究基础上，发展了基于臭氧氧化刻蚀处理的载体石墨化调控方法，为精准构筑碳载边缘钴位点催化剂开辟了一条新的思路。同时，联用原位同步辐射X射线吸收谱学和红外谱学技术揭示了其在电催化ORR过程中的真实活性位点结构和表界面催化动态过程。

相比于碳基面内锚定的Co-Nx刚性结构（CoNC），原位X射线吸收谱学研究表明不饱和配位的边缘位点Co-N₂（CoNOC）在ORR工作状态下发生明显的动态结构演变过程。反应起始电位诱导Co位点预吸附的H₂O/O₂首先脱附，再进行动态氧物种吸附形成较高氧化态的Co-N₂-oxo活性中心。结合原位电化学红外光谱和理论计算进一步明确Co-N₂-oxo位点和含氧官能团协同催化机制是有效抑制中间体*OOH解离，同时提升2e^- ORR活性和选择性的关键。

电化学ORR性能评估表明，CoNOC催化剂在酸性介质中H₂O₂选择性可达90%以上，H-型电池中法拉第效率达~92%。该研究工作丰富了人们对碳载金属边缘位点物化性质的认知，同时也为单原子催化剂结构调控提供了一种新的策略。