AFM：硼氮双配位调制单原子镍中心的电子结构以促进ORR

氮配位固定在碳载体上的原子分散的三维过渡金属活性中心已成为燃料电池和金属-空气电池领域中一种有前途的氧还原反应(ORR)电催化剂。然而，如何准确地调控单原子金属位点的配位结构，尤其是第一壳层配位，以及确定几何/电子结构与ORR性能之间的关系仍然是一个挑战。

近日，美国加州大学尔湾分校忻获麟和河北工业大学王菲、刘辉等设计并制备了一种用于高效ORR的新型单原子B掺杂Ni-N-C催化剂(Ni-B/N-C)。

材料结构表征结果表明，固定在碳载体上的原子分散的Ni原子与一个B原子和三个N原子配位，形成Ni-B₁N₃构型。并且，引入的B配体可以直接调节第一壳层的几何结构，从而影响Ni活性中心的电子结构，可能调节ORR中间体在Ni活性中心上的吸附能，从而促进ORR动力学。

因此，所制备的Ni-B/N-C电催化剂具有更高的ORR性能，其半波电位(E_1/2)为0.87 V_RHE；并且其在30000次循环后E_1/2仅衰减21 mV_RHE，其稳定性超过了大多数Fe-N-C和Co-N-C催化剂。

密度泛函理论(DFT)计算表明，相对于Ni-N₄，Ni-B₁N₃相中Ni位电子密度的增加可以增强ORR中间体的吸附，导致热力学能垒的降低，从而加速了ORR动力学过程。此外，为了证明Ni-B/N-C电催化剂作为空气阴极的实用性，组装了一个锌-空气电池。所组装的锌-空气电池的峰值功率密度(175 mW cm⁻²)高于使用Pt/C的电池(132 mW cm⁻²)；其开路电压(OCV)为1.29 V，并且该电池在工作至少15小时后性能几乎没有衰减。

综上，该项工作不仅报道了一种用于ORR低成本、高效率的单原子M-N-C电催化剂，而且对单原子金属活性中心的几何/电子结构与催化活性之间的关系进行了深入的研究，为今后设计先进的单原子电催化剂提供了参考。

Modulating Electronic Structure of Atomically Dispersed Nickel Sites through Boron and Nitrogen Dual Coordination Boosts Oxygen Reduction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202213863

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AFM：硼氮双配位调制单原子镍中心的电子结构以促进ORR

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