与传统高温高压的Haber-Bosch合成氨相比，电催化氮气还原反应可实现常温常压环境条件下的氨生产，在经济和技术路线上具有明显的优势，已受到研究者的广泛关注。然而，设计制备高效选择性地将N₂转化为氨的电催化剂仍是一项较大的挑战。

有鉴于此，上海工程技术大学安炜教授等人，利用密度泛函理论（DFT）计算方法，系统研究了二维氮化硼(BN)纳米单层缺陷位内嵌入的9种IIIB-VB族过渡金属(M)单原子活性位点的电催化氮还原性能（eNRR）。

本文要点

1）研究发现，电催化氮还原顺序加氢基元步骤中存在着活性位点的磁涨落，揭示了单原子活性位的电子自旋态在调节eNRR中电位决定步骤中的重要作用，若MN₂B₂活性位具有高自旋磁矩(μ)，则有利于降低eNRR的极限电位。

2）计算结果表明，CrN₂B₂，VN₂B₂，MoN₂B₂活性位点对eNRR具有高的活性和选择性，非对称性N₂B₂配体优于常见的单一配体。

3）提高MN₂B₂活性位M中心的电子自旋态，有助于打破eNRR关键含氮反应中间体(*N₂H/*N₂和*NH₂/*N₂) 吸附能之间的线性比例关系，活性位适中的氮亲合性对高效的eNRR至关重要。

总之，该工作为IIIB-VB族过渡金属(M)单原子活性位点用于高效电催化氮还原的设计提供了理论依据。

参考文献：

Cong Fang et al. Single-metal-atom site with high-spin state embedded in defective BN nanosheet promotes electrocatalytic nitrogen reduction. Nano Research, 2021.

DOI: 10.1007/s12274-021-3373-4

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3373-4