钼(Mo)具有半充满的d电子壳层，在石化工业中起着重要的催化剂作用。然而，与Fe和Co等其他过渡金属相比，Mo通常被认为对氧还原反应（ORR）没有催化活性。
有鉴于此，中科大陈乾旺教授，香港城市大学Wenjun Zhang报道了在钼酶的启发下，通过设计配位环境，成功地赋予钼单原子催化剂较高的ORR催化活性。
文章要点
1）以钼离子和偏三甲酸(BTC)为连接体的多金属氧酸盐金属有机骨架(POMOFs)为前驱体。SEM和TEM图像显示制备的POMOF粒子呈八面体形貌。同时，Mo-O/N-C很好地保持了前驱体的形貌。并通过HAADF-STEM确认了其孔隙率。此外，HRTEM图像和选定的区域电子中没有观察到纳米颗粒和团簇衍射(SAED)图案。HAADF-STEM图像显示单个Mo原子在Mo-O/N-C纳米粒子中的均匀分散。电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)分析表明，Mo-O/N-C中Mo含量为0.4wt%。EDS元素图显示C，N，O和Mo元素在整个八面体中均匀分布。为了在原子水平上了解Mo-O/N-C的结构，研究人员进行了基于同步辐射的X射线吸收精细结构(XAFS)测量。Mo-K边的归一化X射线吸收近边结构(XANES)曲线揭示了Mo-O/N-C位于Mo箔和MoO2之间的位置，表明Mo-O/N-C中Mo的化学价态介于两者之间。
2）独特的Mo单原子催化剂由固定在多孔炭(Mo-O/N-C)上的氧和氮双组分配位中心Mo原子组成，与目前最先进的Pt/C相比，在碱性条件下表现出优异的ORR催化性能。此外，Mo-N/O-C电催化剂作为空气正极材料在锌空气电池中也表现出了优异的性能。
3）密度泛函理论(DFT)计算表明，氧和氮双组分配位可以调整Mo的d带中心，进而优化其与反应中间体(O*、OH*和OH*)的结合能力，从而加速整个ORR过程。
这项工作不仅提供了一种高效的、具有商业竞争力的ORR催化剂，而且通过设计配位环境促进了其他电催化剂的进一步发展。
Changlai Wang, et al, Engineering the Coordination Environment Enables Molybdenum Single-Atom Catalyst for Efficient Oxygen Reduction Reaction, Journal of Catalysis (2020)
DOI：10.1016/j.jcat.2020.05.034
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.05.034
