虽然人们已经发现杂原子掺杂的原子分散的Fe₁-NC催化剂具有出色的电催化氧还原反应（ORR）活性。然而，由于结构-性能关系难以捉摸，关于活性提高的根源仍然存在争议。

基于此，武汉大学翟月明教授，郭宇铮教授，台湾阳明交通大学Sung-Fu Hung报道了研究了ORR活性优于传统的Fe-NC材料的硫（S）掺杂的Fe₁-NC模型催化剂。

文章要点

1）⁵⁷Fe穆斯堡尔谱和电子顺磁共振谱表明，在Fe₁-NC的第二配位球中掺入S可以诱导自旋极化构型的转变。而Operando ⁵⁷Fe穆斯堡尔谱确定了C-FeN₄-S部分的低自旋Fe³⁺单原子是催化剂用于ORR的活性中心。

2）密度泛函理论（DFT）计算结果显示， S掺杂后Fe中心较低的自旋态促进了OH*的脱附过程。

这项工作阐明了S掺杂提高单原子催化剂ORR活性的潜在机制，并为研究更广泛的杂原子掺杂Fe₁-NC催化剂的性能铺平了道路，从而为自旋态决定的ORR提供了指导。

参考文献

Zhaoyang Chen, et al, Unraveling the Origin of Sulfur-doped Fe-N-C Single Atom Catalyst for Enhanced Oxygen Reduction Activity: Effect of Fe-spin State Tuning, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202110243

https://doi.org/10.1002/anie.202110243