南昌大学/上交Small：轴向第五配位优化不对称N, S配位Fe单原子的微环境助力高效ORR

单原子催化剂（SACs）是氧还原反应（ORR）的一种有效的候选催化剂。SACs的催化性能主要取决于单金属位点周围的微环境。SACs的微环境工程和对结构-活性关系的理解是至关重要的，但目前仍然具有挑战性。

基于此，南昌大学陈义旺教授和袁凯教授、上海交通大学庄小东研究员（共同通讯作者）等人报道了一种自牺牲的策略来合成不对称的N, S配位单原子Fe，其轴向第五羟基（OH）配位（Fe-N₃S₁OH）嵌入在N, S共掺多孔碳纳米球（Fe-N/S-C）中。这种独特的五配位微环境是由尖端技术辅助系统模拟所确定的。

南昌大学/上交Small：轴向第五配位优化不对称N, S配位Fe单原子的微环境助力高效ORR

通过像差校正透射电子显微镜和X射线吸收精细结构分析表明，原子分散的Fe原子以五配位的Fe-N₃S₁OH物种存在，即单个Fe原子与三个N原子、一个S原子和一个轴向OH基团配位。

得益于Fe-N₃S₁OH的独特结构，具有固有的高活性、大比表面积（2539 m² g^-1）以提供足够的活性位点暴露，以及用于快速离子/质量传输的互连分层多孔结构，所制备的Fe-N/S-C表现出优异的性能ORR的催化活性。因此，与基准Pt/C相比，Fe-N/S-C在稳定性和耐甲醇性方面表现出更正的0.882 V半波电位。

此外，密度泛函理论（DFT）计算证实了Fe-N₃S₁OH中的轴向OH可以优化Fe中心的3d轨道，以加强O₂吸附并增强Fe位点上的O₂活化，从而降低ORR屏障，加快ORR动力学。

此外，含Fe-N/S-C的H₂-O₂燃料电池的峰值功率密度高达512 mW cm^-2，而基于Fe-N/S-C的锌-空气电池在液态和柔性全固态下的峰值功率密度分别为203和49 mW cm^-2。该研究为从根本上理解不对称平面单原子金属位点电催化中的轴向五配位提供了一个新的平台。

Optimizing Microenvironment of Asymmetric N, S-Coordinated Single-Atom Fe via Axial Fifth Coordination toward Efficient Oxygen Electroreduction. Small, 2021, DOI: 10.1002/smll.202105387.

https://doi.org/10.1002/smll.202105387.

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