过氧化氢(H₂O₂)作为一种重要化学品，在化学合成和医疗消毒方面具有广泛的工业应用。然而，主导着工业H₂O₂生产的蒽醌技术存在能耗高，工艺复杂等不足，亟需探索经济高效、绿色环保的替代方法。电化学2e⁻氧还原反应(ORR)合成H₂O₂是一种绿色且有前景的替代途径。其核心在于探索高H₂O₂选择性催化剂从而避开4e⁻ ORR竞争反应。

单原子催化剂(SACs)由于其独特的电子结构和优异的催化性能，在多相催化领域引起了广泛的关注。M-N₄是各种催化应用中普遍研究的活性位点。然而，单一的N配位局限了金属中心的电子结构，从而限制它们的本征活性。受天然金属酶多组分完美协同特性的启发，SACs的催化性能有望通过单原子位点的局部和远程协同调控达到新的高度。到目前为止，已经开发了许多策略来调节SACs的局部配位环境。然而，由于在高温碳化条件下，金属原子的配位环境难以控制，对第一配位层和高配位层的元素环境进行精确且同步调控仍具有挑战性。

近日，香港城市大学楼雄文教授、河南师范大学高书燕教授和新加坡南洋理工大学研究人员发展了一种通用策略制备多配位壳层协同的Zn单原子中空碳基催化剂，其中Zn位点的配位构型为Zn-N₂O₂，同时其近邻区域修饰有S物种(Zn-N₂O₂-S)。实验与理论结果表明，第一配位壳层中N₂O₂和高配位壳层(尤其是第二壳层)中S的协同作用能促进关键中间体*OOH的形成和脱附，利于2e⁻ ORR。最优Zn-N₂O₂-S活性位点具有近乎理想的*OOH吉布斯自由能，因而Zn-N₂O₂-S SAC表现出优异的电催化合成H₂O₂性能。

首先，利用含有邻苯二酚的有机酸和ZIF-8制备中空的H-ZIF-8，并对该材料在惰性气氛中进行硫化热处理得到Zn-N₂O₂-S SAC。

球差电镜、同步辐射等多种表征均证明单原子Zn位点的配位构型为Zn-N₂O₂，同时其近邻区域修饰有S物种(Zn-N₂O₂-S)。

实验数据表明第一配位壳层中N₂O₂和高配位壳层中S能协同促进电催化制备H₂O₂性能。Zn-N₂O₂-S SAC实现了良好的电催化产H₂O₂性能，达到6.924 mol g_cat^-1 h^-1，且具备优异的稳定性。

理论计算结果也表明第一配位壳层中N₂O₂和高配位壳层(尤其是第二壳层)中S的协同作用能优化Zn-N₂O₂-S位点对关键中间体*OOH的吸附能，使其位于活性火山图的顶峰处，具有优异的2e⁻ ORR活性。

此工作发展了一种多配位壳层协同的中空Zn-N₂O₂-S SAC，该催化剂表现出优异的电催化合成H₂O₂性能。这项研究不仅提供了一种普适的方法来构建具有明确多配位壳层结构的SACs，而且明晰了SAC原子水平上的构效关系。