鈷（Co）基單原子催化劑是析氧反應(yīng)（OER）的可能候選催化劑，但在有限的優(yōu)化空間中，僅使用Co金屬位點(diǎn)進(jìn)一步提高性能仍具有挑戰(zhàn)性。

基于此，北京理工大學(xué)李煜璟研究員和香港理工大學(xué)黃勃龍教授（共同通訊作者）等人報道了一種具有優(yōu)化的內(nèi)在OER性能的Co-Fe雙原子催化劑，并研究了單個金屬位點(diǎn)的作用。優(yōu)化后的Co/Fe-SNC雙原子催化劑具有OER活性，在電流密度為10 mA cm^-2時，過電位為240 mV，轉(zhuǎn)換頻率（TOF）為146 s^-1。

通過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了Co/Fe-SNC顯著OER性能的機(jī)理。對于費(fèi)米能級（E_F）附近的成鍵軌道和反鍵軌道，Co/Fe-SNC表現(xiàn)出強(qiáng)烈的軌道耦合，特別是在Co和Fe SA位點(diǎn)附近。

Co-SNC和Fe-SNC中不存在SA位點(diǎn)之間的耦合，導(dǎo)致晶格內(nèi)的位點(diǎn)間電子轉(zhuǎn)移減弱。Fe-SNC顯示出比成鍵軌道更強(qiáng)的反鍵軌道，進(jìn)一步降低了電活性。對于Co/Fe SNC，Co-3d軌道在E_V-0.33 EV（E_V=0 EV）處顯示出接近費(fèi)米能級的尖銳峰，表明OER具有強(qiáng)電子耗盡能力的高電活性。

對于Co-SNC，不同的Co位點(diǎn)顯示出不同的電子結(jié)構(gòu)。與S配位的Co位點(diǎn)有利于高電活性，而與N位點(diǎn)配位導(dǎo)致3d軌道的降低，導(dǎo)致電活性降低。兩種類型的Fe-3d軌道在EF附近都表現(xiàn)出明顯的e_g-t_2g分裂，揭示了OER過程的電子轉(zhuǎn)移勢壘。

Co/Fe SNC在E_V-0.86 eV處的最高d-帶中心而具有優(yōu)異的電活性，F(xiàn)e/SNC和Co/SNC的d-帶中心分別為E_V-0.88 eV和E_V-1.01 eV。Fe的3d軌道在OER期間保護(hù)Co位點(diǎn)，以保持對反應(yīng)物和中間體的高電活性。

Adjacent Fe Site Boosts Electrocatalytic Oxygen Evolution of Co Site in Single-Atom-Catalyst through a Dual-Metal-Site Design. Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D2EE03930C.

https://doi.org/10.1039/D2EE03930C.