非水系可充电锂氧电池（LOBs）是未来电动汽车和可穿戴/柔性电子产品最有希望的储能技术之一。但是，在放电和充电过程中，缓慢的ORR和OER动力学严重阻碍了其发展。

近日，重庆大学徐朝和教授报道了利用高温热解时Ru³⁺到Zn²⁺节点的离子置换和微孔MOFs的限域双策略，成功合成了氮掺杂多孔碳锚定的Ru单原子电催化材料（Ru SAs-NC，包括Ru_0.1 SAs-NC和Ru_0.3 SAs-NC）。

文章要点

1）实验结果显示，在吸氧电极中使用优化的Ru_0.3SAS-NC作为电催化剂，在电流密度为0.02 mA cm^-2时，LOB的过电位最低，仅为0.55 V。原位DEM结果表明，LOB的全循环e^-/O₂值仅为2.14，在LOB应用中具有较好的电催化性能。

2）理论计算表明，Ru-N₄作为驱动力活性中心，其构型的大小会显著影响中间体的内部亲和力。此外，催化剂表面氧化还原的限速步骤是发生2e−反应生成Li₂O₂，OER反应途径是Li₂O₂的氧化。

研究工作拓展了高效单原子催化剂设计的视野，从而为LOBs提供了最大原子利用效率。

Xiaolin Hu, et al, Ru Single-Atoms on N-Doped Carbon by Spatial Confinement and Ionic Substitution Strategies for High-Performance Li−O₂ Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c07317

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07317