楼雄文Angew：表面暴露Ni单原子用于高效电催化析氧

南洋理工大学楼雄文等人报道一种简便的化学气相沉积策略，用于合成Ni单原子装饰的空心S/N掺杂足球状碳球(NiSAs@S/NFCS)。具体来说，CdS@3-氨基苯酚/甲醛被碳化成S/N-FCS。气体迁移的Ni物种同时锚定在S/N-FCS表面，产生NiSAs@S/NFCS。所获得的催化剂在碱性析氧反应（OER）中表现出优异的性能，10mAcm^-2时过电位仅为249mV，Tafel斜率为56.5mVdec^-1，长达166h超长稳定性。

DFT计算NiSAs@S/N-FCS催化剂中掺杂S原子在促进OER性能中的作用。S原子可以在石墨烯捕获的NiN₄位点（表示为G-NiN₄）周围的扶手椅（AC）或之字形（ZZ）位点上选择性地修饰。对于ACG-Ni₆N₄-SC，OOH*解离过程是速率决定步骤(RDS)，需要克服2.00eV的最高反应能垒。然而，对于G-NiN₄、ZZG-NiN₄-CS、ZZG-NiN₄-SC、ACG-NiN₄-CS和ACG-NiN₄-SC，*O中间体的形成是RDS，需要克服2.19、1.95、1.93、1.91和1.81eV的能垒。

此外，考虑石墨烯基面上S原子功能化的G-NiN₄模型。最稳定的G-NiN₄-S1模型需要2.71eV的RDS能垒才能形成*OOH中间体，明显不如在边缘改性的催化剂。这些发现表明，由于RDS能垒最低，ACG-NiN₄-SC有利于OER的热力学过程。

此外，模拟的Barde电荷表明AC边缘模型(ACG-NiN₄-CS和ACG-NiN₄-SC)比ZZ边缘模型(ZZG-NiN₄-CandZZG-NiN₄-SC)和无SG-NiN₄模型具有更多的正电荷。ACG-NiN₄-SC模型中的Ni原子具有+0.858e的正电荷，大于ACG-NiN₄-CS的正电荷（+0.851e）。

这些发现表明，Ni位点的正电荷越多，可以加强中间体的吸附，从而促进OER过程。进一步对ACG-NiN₄-SC、ZZG-NiN₄-SC和G-NiN₄中单Ni位点上的*O中间体进行电荷密度差异分析。ACG-NiN₄-SC模型的顶视图和侧视图显示出更大的从Ni到O原子的电荷转移(0.595e)，大于ZZG-NiN₄-SC(0.574e)和G-NiN₄(0.569e)，表明Ni和O原子之间的强电子相互作用。

YafeiZhao,XueFengLu etal. Surface-Exposed Single-Ni Atoms with Potential-Driven Dynamic Behaviors for Highly Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution. Angew.Chem.Int.Ed.2022, e202212542

https://doi.org/10.1002/anie.202212542

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