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碳載體上含氮配位的3D過渡金屬單原子催化劑是一種很有前途的氧還原反應（ORR）電催化劑。然而，準確地調控單原子金屬位點的配位結構并確定幾何/電子結構與ORR活性之間的關系仍然是一個挑戰。

基于此，加州大學忻獲麟教授，河北工業大學王菲研究員，劉輝副教授（共同通訊作者）等人報道了一種新型的具有硼和氮雙配位的碳負載單原子鎳催化劑（Ni-B/N-C），相對于原始的Ni-N-C催化劑具有更優異的ORR活性。

本文通過DFT計算從原子水平上探討了Ni-B/N-C電催化劑具有優異的ORR活性的原因。計算結果表明，引入B后Ni中心的電荷密度增加，而ΔG_O*隨Ni中心Bader電荷的增加而減小。這表明Ni-B₁N₃與吸附O*的結合比Ni-N₄更強，可能具有更好的ORR催化活性。

投影態密度圖（PDOS）表明，σ鍵來源于Ni 3dz²和O 2pz軌道的重疊。與Ni-N-C相比，Ni-B/N-C在費米能級以下有較少的σ*反鍵電子填充，這意味著Ni中心與吸附的O之間有很強的耦合。Ni-B/N-C中較負的晶體軌道重疊布居積分值（ICOOP）表明Ni與O之間的成鍵比在Ni-N-C中更強。ORR的吉布斯自由能圖表明，引入B后過電位從1.81降低到0.92 V。因此，Ni-B₁N₃的局部配位環境有利于提高Ni-B/N-C催化劑的ORR活性。

Modulating Electronic Structure of Atomically Dispersed Nickel Sites through Boron and Nitrogen Dual Coordination Boosts Oxygen Reduction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213863.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213863.

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忻獲麟/王菲/劉輝AFM：通過硼和氮雙配位調節單原子鎳的電子結構促進氧還原反應

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