刘浩/吴明红/张晋强Angew.：Fe1/NSOC高效电催化ORR

高效的氧还原反应（ORR）电催化剂是一种重要的能量转换和存储器件，其中单原子催化剂（SACs）最为理想。然而，原子水平上对每个物种在锚定位点的功能作用的理解仍然不清楚，而且还没有得到很好的阐明。

基于此，悉尼科技大学刘浩教授、上海大学吴明红院士、多伦多大学张晋强博士等人报道了在原子分散的金属中心附近具有硫和氧官能团的Fe单原子催化剂（Fe1/NSOC），用于高效的ORR。测试发现，Fe1/NSOC的半波电位为0.92 V，远远优于商业Pt/C（0.88 eV）、N掺杂碳上的Fe单原子（Fe1/NC，0.89 V）和大多数报道的非贵金属催化剂。

通过DFT计算，作者构建了三个不同位点的含硫和环氧基团的原子结构（FeN4S2O2-1、FeN4S2O2-2和FeN4S2O2-3）来研究它们的影响。FeN4S2O2-1和FeN4S2O2-2具有N-S和C-OC基团的结构都是稳定的，而FeN4S2O2-3中的N-S和C-O-C倾向于转化为N-S和SO-C基团。

三种不同构型的Fe1/NSOC与Fe1/NC的FeN4和Fe1/NSC的FeN4S2原子结构（*OH还原的最后一步）表现出相同的速率决定步骤，但Fe1/NSOC的极限势垒要低得多，表明加入硫和环氧基可影响中心Fe单原子的电子结构，从而增强催化能力。

此外，FeN4S2O2-1的原子结构在三种Fe1/NSOC构型中释放OH的能垒最低（FeN4S2O2-1为-0.79 eV，FeN4S2O2-2为-0.75 eV，FeN4S2O2-3为-0.66 eV），表明N-S、C-O-C和Fe活性中心的位置也影响ORR催化活性。

由于S/O原子的存在，FeN4S2O2-1中Fe中心的电荷密度比FeN4高得多，表明电子从Fe单原子转移，导致Fe 3d轨道电子重新分布。活性Fe原子在FeN4S2O2-1和FeN4上不同的PDOS结果可能源于Fe轨道自旋态的改变，有效地促进了电荷输运，增强了ORR过程。因此，Fe1/NSOC中S/O原子的存在促进了相应的催化性能。

Epoxy-rich Fe Single Atom Sites Boost Oxygen Reduction Electrocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308349.

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