研究概述

锚定在氮掺杂石墨烯中的单金属原子催化剂（M-N-C）已成为一种很有前途的催化剂，可用于多种催化反应。除吡啶位点外，还有另一个位点可以显著提高催化活性，但其结构尚存在争议。基于此，2024年12月21日，德克萨斯大学奥斯汀分校刘远越副教授在国际期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《What Is the “Other” Site in M-N-C?》的研究论文。在本文中，研究人员使用第一性原理计算来解析其结构。以Fe-N-C作为代表性例子，研究人员系统探索了众多可能的结构，并发现了一个与吡啶位点相当的新基团。这个基团具有吡啶和卟啉之间的混合配位环境，位于石墨烯基面或孔隙的边缘。研究人员进一步计算了其X射线吸收光谱、氧还原反应（ORR）的催化热力学以及在ORR条件下的稳定性，证实了此分子结构的存在。最后，该研究展示了该位点也存在于其他不同M元素的M-N-C中。这项研究揭示了M-N-C中的一个新的重要结构，并为提高催化性能的位点工程迈出了关键的一步。

图文解读

图1：从ZIF-8前体构建不同位点的过程及其形成能量

图2：同位点的XANES、EXAFS和ORR热力学数据

图3：脱金属能量与氢吸附的关系

文献信息

What Is the “Other” Site in M-N-C?,Journal of the American Chemical Society,2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c12479.