第一单位！郑州大学Nature子刊：高效ORR！

可再生能源储存和转换技术(如金属-空气电池和燃料电池)的开发将最大限度地减少对化石燃料的依赖，实现净零排放。然而，阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢，严重制约了它们的商业应用。这一限制促进了无Pt ORR电催化剂的发展，使其具有高性能、低成本和高耐久性。
不对称配位的M-N-C SAC可以调整活性位点和中间体之间的相互作用，因为中心金属原子的独特的电子填充状态和不对称电荷分布。一个不对称配位的M-M构型涉及引入第二个金属原子连接一个金属中心来构建双金属原子位点。这些不对称的M-M双原子催化剂继承了SAC最大原子利用率和可调配位构型的优点，同时提供了通过利用协同效应提高催化效率的机会。
除了构建双金属活性位点之外，掺入非金属原子不仅可以调节中心金属的d带中心，而且还提供额外的协同位点以促进ORR中间体的转化。其中，硒(Se)原子(4s24p4)比C (2s22p2)和N (2s22p3)原子具有更多的价电子，这有望更有效地调整中心金属原子的电子结构。

近日，北京理工大学陈文星、清华大学罗璇和郑州大学尚会姗等设计了一系列不对称Se基双原子催化剂，其中包括异核SeM-C2N (M=Fe，Mn，Co，Ni，Cu，Mo等)活性中心，用于高效催化ORR。
光谱表征和理论计算表明，异核Se原子可以通过短程调节有效地极化其他金属原子的电荷分布。此外，与Se或Fe单原子位点相比，SeFe双原子位点通过共吸附*O中间体促进了从*O到*OH的转换，降低了反应能垒。
也就是说，Se和Fe原子的共掺杂适当地提高了Fe和Se单原子掺杂的反应活性，从而使O2在催化剂上的吸附更加温和，并且有利于O2向H2O的热力学转化。

性能测试结果显示，SeFe-C2N催化剂的半波电位和起始电位分别为0.926和1.06 VRHE，在0.9 V处的动力学电流密度为13.3 mA cm-2，比Se-C2N (2.4 mA cm-2)大约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范围内经过10000个CV循环后，SeFe-C2N的半波电位仅减弱16 mV，稳定性测试后材料的形貌和结构基本保持不变。
此外，基于SeFe-C2N的Zn-空气电池的最大功率密度为287.2 mW cm-2，且其在10 mA cm-2下连续运行超过380小时后的充电/放电电压仅发生轻微变化，表现出巨大的应用潜力。综上，该项工作为设计异核DAC来提高ORR效率提供了参考范例。
Precisely designing asymmetrical selenium-based dual-atom sites for efficient oxygen reduction. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-55862-6

尚会姗，博士，副研究员，硕士生导师。2013年获河南理工大学学士学位，2016年获郑州大学硕士学位，2020年获北京理工大学博士学位，同年进入郑州大学工作。研究方向主要为金属催化剂的原子级精准合成以及新型电催化材料的开发与应用等，在Nat. Commun.、JACS、Energy Environ. Sci.、Angew.、Nano Lett.、Chem. Sci.、Nano Res.、Chem. Eng. J.、ACS Sustainable Chem. Eng.等国际著名学术期刊上发表SCI论文30余篇，其中ESI高被引6篇。担任Angew.、Nano Res.、Coordin.Chem. Rev.等国际著名期刊审稿人。