硕士一作！他，师从孙立成，西湖大学PI，新发Nature子刊！

天然酶在其活性位点附近具有独特的第二个球体，从而产生精致的催化反应性。然而，现有的合成策略在非均相催化剂第二领域的功能化方面提供的通用性有限。

2024年12月30日，西湖大学段乐乐研究员在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Steering acidic oxygen reduction selectivity of single-atom catalysts through the second sphere effect》的研究论文，邹海远、舒偲妍（2021级硕士生，现西湖大学访问学生）、Wenqiang Yang为论文共同第一作者，段乐乐研究员为论文通讯作者。

段乐乐，西湖大学理学院特聘研究员、PI。本硕毕业于大连理工大学，导师：王梅教授；2011年获瑞典皇家工学院博士学位，指导教授：孙立成院士。2012-2015年期间在瑞典皇家理工学院、美国布鲁克海文国家实验室（导师：Etsuko Fujita）从事博士后研究。2015年获得瑞典皇家工学院助理教授职位，2017年获得南方科技大学准聘副教授职位。2023年加盟西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心，担任特聘研究员。

段乐乐的研究兴趣集中在表面配位化学和能源催化领域，包括（1）电催化剂的设计合成、性能优化和反应机理研究，（2）碱性膜电极电解水器件关键材料的开发，（3）石墨炔基碳载体材料的宏量制备。

在这里，作者通过1, 3-偶极环加成制备了一种模拟酶的单Co-N₄原子催化剂，它在第二个球体中具有精心配置的侧胺基，在酸性条件下将氧还原反应（ORR）的选择性从4e⁻途径切换到2e⁻途径。

质子存量研究和密度泛函理论（DFT）计算表明，引入的侧胺充当质子中继，促进Co-N₄活性位点上*O₂质子化为*OOH，从而促进H₂O₂的产生。

第二个球形定制的Co-N₄位点达到了97%±1.13%的最佳H₂O₂选择性，与裸Co-N₄催化剂相比提高了3.46倍（28%±1.75%）。

本工作为类酶催化剂设计提供了一种有吸引力的方案，弥补了酶催化和多相催化之间的差距。

图1：分子结构和作用机制示意图

图2：形貌和结构表征

图3：XANES和XPS图谱

图4：Co-N₄和Co-N₄-N_P的ORR性能

图5：动力学同位素效应和质子存量研究

综上，作者通过1, 3-偶极环加成反应制备了一种模拟酶的单Co-N₄原子催化剂，并在第二球体中精心配置了侧胺基，实现了在酸性条件下将氧还原反应的选择性从4e⁻途径转变为2e⁻途径，显著提高了对H₂O₂的选择性。

本研究不仅为设计类酶催化剂提供了新的方法，而且通过精细调控多相催化剂的第二球体，为提高氧还原反应的选择性和效率开辟了新的途径，对于开发高性能的能源转换和存储系统具有重要意义。

Zou, H., Shu, S., Yang, W. et al. Steering acidic oxygen reduction selectivity of single-atom catalysts through the second sphere effect. Nat. Commun., (2024).