开发高效的单原子固氮催化剂（SACs）具有重要意义，同时也是一个巨大的挑战。由于缺乏有效的策略来控制SACs的极化电场，从而限制了其活性和选择性。

近日，中科大江俊教授报道了基于第一性原理计算，开发了一种夹在六方氮化硼（h-BN）和石墨烯薄片之间的单一过渡金属（TM）原子（即BN/TM/G）用于电化学氮还原反应（NRR）的有效SAC催化剂。

文章要点

1）这些三明治结构实现了稳定且可调的界面极化场，使得TM原子能够将电子给予邻近的B原子作为活性中心。结果显示，B原子的部分占据p_z轨道可以形成反键状态为N₂的B-to-N π-back键，从而削弱了N≡N键。而h-BN表面的非强非弱电场进一步促进了N₂的吸附和活化。

2）BN/TM/G体系的NRR催化活性与TM原子上的正极化电荷度密切相关。特别是BN/Ti/G和BN/V/G催化剂具有高稳定性、高能效和可有效抑制竞争HER反应等优点，因此被认为是极有前途的高效NRR催化剂。

Shaobin Tang, et al, Realizing a Not-Strong-Not-Weak Polarization Electric Field in Single-Atom Catalysts Sandwiched by Boron Nitride and Graphene Sheets for Efficient Nitrogen Fixation, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09527

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09527