开发廉价高效的非贵金属电催化剂替代贵金属铂用于碱性氧还原反应（ORR）是目前能源领域的研究热点。

近日，考虑到Mn-N-C对*OH较弱的吸附能和丰富的储量，北京化工大学刘军枫教授，韩爱娟副教授，中科院高能物理研究所Lirong Zheng报道了采用一步热活化策略制备了一种具有Mn-N₄结构的高效Mn SAS催化剂（Mn-SAS/CN）。然后利用Operando XAS研究了高效锰单原子位点在碱性ORR过程中的原子结构动态变化。并通过非原位像差校正（AC）高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和X射线吸收精细结构（XAFS）证明了这一点。

文章要点

1）原子分散的Mn以Mn-N₄结构锚定在掺氮碳（CN）上。令人印象深刻的是，这种Mn-SAS/CN在0.1 M KOH中表现出0.910 V的超高E_1/2，远高于已报道的Mn基材料的Pt/C以及大多数Fe和Co₃S₃ SAS电催化剂的E_1/2。

2) Operando XAS分析结果表明，在碱性ORR条件下，Mn的活性中心随外加电位而变化（OH_ads−Mn^H+−N₄ + e⁻↔Mn^L+−N₄ + OH^-），而未覆盖OH_ads的Mn^L+−N₄为催化中心。进一步的密度泛函理论（DFT）计算结果表明，优异的ORR性能归因于从Mn^L+−N₄位点到吸附的*OH物种更容易的电子转移。

3）研究发现，当组装在锌-空气电池中时，这种Mn−N₄材料具有高功率密度和出色的耐用性，因此有望在实际能源器件中取代贵金属Pt。

参考文献

Xu Han, et al, Mn−N₄ Oxygen Reduction Electrocatalyst: Operando Investigation of Active Sites and High Performance in Zinc–Air Battery, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002753

https://doi.org/10.1002/aenm.202002753