Giving Electrocatalysts an Edge Platinum (Pt) is an excellent catalyst for the oxygen-reduction reaction (ORR) in fuel cells and electrolyzers, but it is too expensive and scarce for widespread deployment, even when dispersed as Pt nanoparticles on carbon electrode supports (Pt/C). Alternatively, Chen et al. (p. 1339 , published online 27 February; see the Perspective by Greer ) made highly active ORR catalysts by dissolving away the interior of rhombic dodecahedral PtNi 3 nanocrystals to leave Pt-rich Pt 3 Ni edges. These nanoframe catalysts are durable—remaining active after 10,000 rounds of voltage cycling—and are far more active than Pt/C.

All wrapped up: Carbon-encapsulated metal nanoparticles, carbon microspheres decorated with metal nanoparticles, and particles with layered structures are all accessible by means of a method based on hydrothermal treatment of glucose, which produces monodisperse colloidal carbon microspheres with reactive surfaces. The picture shows silver-cored carbon spheres obtained by using silver nanoparticles as seeds.

Abstract A new strategy for achieving stable Co single atoms (SAs) on nitrogen‐doped porous carbon with high metal loading over 4 wt % is reported. The strategy is based on a pyrolysis process of predesigned bimetallic Zn/Co metal–organic frameworks, during which Co can be reduced by carbonization of the organic linker and Zn is selectively evaporated away at high temperatures above 800 °C. The spherical aberration correction electron microscopy and extended X‐ray absorption fine structure measurements both confirm the atomic dispersion of Co atoms stabilized by as‐generated N‐doped porous carbon. Surprisingly, the obtained Co‐N x single sites exhibit superior ORR performance with a half‐wave potential (0.881 V) that is more positive than commercial Pt/C (0.811 V) and most reported non‐precious metal catalysts. Durability tests revealed that the Co single atoms exhibit outstanding chemical stability during electrocatalysis and thermal stability that resists sintering at 900 °C. Our findings open up a new routine for general and practical synthesis of a variety of materials bearing single atoms, which could facilitate new discoveries at the atomic scale in condensed materials.

Particularly uniform: Monodisperse ferrite microspheres can be synthesized to have diameters of about 200–800 nm (TEM image, left). High-resolution TEM analysis (image, right and inset) shows that each microsphere is a single crystal. Their hydrophilic and magnetic properties impart to the microparticles many potential uses in electronics and biomedicine.

Abstract The development of low‐cost, efficient, and stable electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) is desirable but remains a great challenge. Herein, we made a highly reactive and stable isolated single‐atom Fe/N‐doped porous carbon (ISA Fe/CN) catalyst with Fe loading up to 2.16 wt %. The catalyst showed excellent ORR performance with a half‐wave potential ( E 1/2 ) of 0.900 V, which outperformed commercial Pt/C and most non‐precious‐metal catalysts reported to date. Besides exceptionally high kinetic current density ( J k ) of 37.83 mV cm −2 at 0.85 V, it also had a good methanol tolerance and outstanding stability. Experiments demonstrated that maintaining the Fe as isolated atoms and incorporating nitrogen was essential to deliver the high performance. First principle calculations further attributed the high reactivity to the high efficiency of the single Fe atoms in transporting electrons to the adsorbed OH species.

The construction of highly active and stable non-noble-metal electrocatalysts for hydrogen and oxygen evolution reactions is a major challenge for overall water splitting. Herein, we report a novel hybrid nanostructure with CoP nanoparticles (NPs) embedded in a N-doped carbon nanotube hollow polyhedron (NCNHP) through a pyrolysis–oxidation–phosphidation strategy derived from core–shell ZIF-8@ZIF-67. Benefiting from the synergistic effects between highly active CoP NPs and NCNHP, the CoP/NCNHP hybrid exhibited outstanding bifunctional electrocatalytic performances. When the CoP/NCNHP was employed as both the anode and cathode for overall water splitting, a potential as low as 1.64 V was needed to achieve the current density of 10 mA·cm–2, and it still exhibited superior activity after continuously working for 36 h with nearly negligible decay in potential. Density functional theory calculations indicated that the electron transfer from NCNHP to CoP could increase the electronic states of the Co d-orbital around the Fermi level, which could increase the binding strength with H and therefore improve the electrocatalytic performance. The strong stability is attributed to high oxidation resistance of the CoP surface protected by the NCNHP.

We develop a host-guest strategy to construct an electrocatalyst with Fe-Co dual sites embedded on N-doped porous carbon and demonstrate its activity for oxygen reduction reaction in acidic electrolyte. Our catalyst exhibits superior oxygen reduction reaction performance, with comparable onset potential (Eonset, 1.06 vs 1.03 V) and half-wave potential (E1/2, 0.863 vs 0.858 V) than commercial Pt/C. The fuel cell test reveals (Fe,Co)/N-C outperforms most reported Pt-free catalysts in H2/O2 and H2/air. In addition, this cathode catalyst with dual metal sites is stable in a long-term operation with 50 000 cycles for electrode measurement and 100 h for H2/air single cell operation. Density functional theory calculations reveal the dual sites is favored for activation of O-O, crucial for four-electron oxygen reduction.