通过工程原子构型调整单原子活性位的电子结构是提高氧还原反应（ORR）的有效策略，但由于缺乏合理的指导和有效的方法，目前仍然具有挑战性。

近日，清华大学王定胜教授报道了单原子Co活性位点的电子密度可以通过调节配位原子的类型来调节原子构型而定制。并通过结合密度泛函理论（DFT）计算和电化学分析来阐明单原子Co活性位点的原子构型诱导的电子密度与ORR性能之间的相关性。

文章要点

1）在DFT计算的指导下，研究人员设计并合成了MOFs衍生的Co单原子催化剂，该催化剂具有掺入空心碳多面体中的最佳Co₁-N₃PS活性部分（Co₁-N₃PS/ HC）。

2）结果显示，Co₁-N₃PS/ HC具有出色的碱性ORR活性，半波电势为0.920 V，具有优越的ORR动力学，创纪录水平的动电流密度以及31 mV dec^-1的超低Tafel斜率，其性能超过了Pt/C以及几乎所有非贵金属ORR电催化剂。即使在更具挑战性的酸性介质中，Co₁-N₃PS/ HC的ORR动力学仍然超过Pt/C催化剂。

这项工作提供了原子级的见解，以揭示活性位点的电子密度与催化性能之间的关系，从而促进了高效催化剂的合理设计。

Yuanjun Chen, et al, Atomic-level modulation of electronic density of metal-organic frameworks-derived Co single-atom sites to enhance oxygen reduction performance, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI: 10.1002/anie.202012798

https://doi.org/10.1002/anie.202012798