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可再生能源儲存和轉換技術(如金屬-空氣電池和燃料電池)的開發將最大限度地減少對化石燃料的依賴，實現凈零排放。然而，陰極氧還原反應(ORR)動力學緩慢，嚴重制約了它們的商業應用。這一限制促進了無Pt ORR電催化劑的發展，使其具有高性能、低成本和高耐久性。

不對稱配位的M-N-C SAC可以調整活性位點和中間體之間的相互作用，因為中心金屬原子的獨特的電子填充狀態和不對稱電荷分布。一個不對稱配位的M-M構型涉及引入第二個金屬原子連接一個金屬中心來構建雙金屬原子位點。這些不對稱的M-M雙原子催化劑繼承了SAC最大原子利用率和可調配位構型的優點，同時提供了通過利用協同效應提高催化效率的機會。

除了構建雙金屬活性位點之外，摻入非金屬原子不僅可以調節中心金屬的d帶中心，而且還提供額外的協同位點以促進ORR中間體的轉化。其中，硒(Se)原子(4s²4p⁴)比C (2s²2p²)和N (2s²2p³)原子具有更多的價電子，這有望更有效地調整中心金屬原子的電子結構。

近日，北京理工大學陳文星、清華大學羅璇和鄭州大學尚會姍等設計了一系列不對稱Se基雙原子催化劑，其中包括異核SeM-C₂N (M=Fe，Mn，Co，Ni，Cu，Mo等)活性中心，用于高效催化ORR。

光譜表征和理論計算表明，異核Se原子可以通過短程調節有效地極化其他金屬原子的電荷分布。此外，與Se或Fe單原子位點相比，SeFe雙原子位點通過共吸附*O中間體促進了從*O到*OH的轉換，降低了反應能壘。

也就是說，Se和Fe原子的共摻雜適當地提高了Fe和Se單原子摻雜的反應活性，從而使O₂在催化劑上的吸附更加溫和，并且有利于O₂向H₂O的熱力學轉化。

性能測試結果顯示，SeFe-C₂N催化劑的半波電位和起始電位分別為0.926和1.06 V_RHE，在0.9 V處的動力學電流密度為13.3 mA cm^-2，比Se-C₂N (2.4 mA cm^-2)大約5.5倍，比Fe-C₂N (2.6 mA cm^-2)大5.1倍，比Pt/C (1.6 mA cm^-2)大8.3倍。在0.6-1.0 V范圍內經過10000個CV循環后，SeFe-C₂N的半波電位僅減弱16 mV，穩定性測試后材料的形貌和結構基本保持不變。

此外，基于SeFe-C₂N的Zn-空氣電池的最大功率密度為287.2 mW cm^-2，且其在10 mA cm^-2下連續運行超過380小時后的充電/放電電壓僅發生輕微變化，表現出巨大的應用潛力。綜上，該項工作為設計異核DAC來提高ORR效率提供了參考范例。

Precisely designing asymmetrical selenium-based dual-atom sites for efficient oxygen reduction. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-55862-6

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