原子分散的杂原子修饰催化剂Fe₁-NC催化剂具有优异的ORR氧还原反应催化活性，但是人们目前对其优异催化活性产生的原因并未得到共识，因为对催化剂的结构-功能之间如何提高催化反应活性的关系并不清楚。

这是因为基本上各种表征技术能够得出材料的整体信息，因此无法直接观测催化剂结构对各种性质的影响，这种结果导致无法提供设计催化剂的普遍性方法。目前目前合成和发展催化剂仍需要通过“反复试错”（trial-and-error）策略。

有鉴于此，武汉大学翟月明、郭宇铮，台湾阳明交通大学洪崧富等报道合成了硫原子掺杂Fe₁-NC催化剂作为模型，结果发现这种催化剂的活性比传统Fe-NC催化剂活性更高。通过⁵⁷Fe Mössbauer谱、ESR谱表征发现S原子参与Fe₁-NC催化剂的次级配位球，导致自旋极化构型变化，通过Operando ⁵⁷Fe Mössbauer谱明确的发现低自旋态单原子Fe³⁺的结构为C-FeN₄-S，是ORR催化反应的活性位点。

本文要点：

（1）

S比N原子的电负性更低，因此是一种非常有效的非金属掺杂剂，作者通过软模板法合成了掺杂S原子的Fe₁-NC催化剂，发现1.3 % S掺杂提高了低自旋态Fe³⁺比例，导致ORR催化活性提高。通过排除表面积影响、未见新催化位点，因此确认ORR催化活性提高的原因来自低自旋态Fe³⁺。

（2）

通过DFT计算模拟，发现S原子掺杂导致低自旋态Fe原子位点，促进OH*脱附。

本文研究展示了S掺杂提高ORR催化反应活性的原因，为发展杂原子掺杂Fe₁-NC催化剂和发展自旋态调控ORR催化反应提供经验。

参考文献

Zhaoyang Chen, Huan Niu, Jie Ding, Heng Liu, Pei-Hsuan Chen, Yi-Hsuan Lu, Ying-Rui Lu, Wenbin Zuo, Lei Han, Yuzheng Guo*, Sung-Fu Hung*, Yueming Zhai*, Unraveling the Origin of Sulfur-doped Fe-N-C Single Atom Catalyst for Enhanced Oxygen Reduction Activity: Effect of Fe-spin State Tuning, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202110243

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202110243