通过调节电子构型和优化化学键可以有效地调节催化剂用于氧还原反应（ORR）的活性。

近日，南京航空航天大学彭生杰教授报道了一种利用金属原子团簇在氮掺杂碳衬底上对分散的金属单原子（M-ACSA@NC，M=Fe，Co，Ni）进行功能化以实现高效ORR活性的一般策略。

文章要点

1）研究发现，酸蚀形成金属原子团簇可以促进ORR反应动力学，降低分散原子位点的势垒。结果表明，Fe-ACSA@NC在碱性介质中的半波电位为0.90 V（vs.RHE），扩散极限电流密度为6.3 mA cm^-2，优于商用Pt/C。

2）理论分析进一步证明，金属团簇诱导了M-N-C中金属中心与碳载体之间的电子重新分布。优化后的电子构型可以促进中间体在ORR过程中的脱附，提高半波电位。此外，这种策略也被发现适用于Co和Ni原子位点。

3）合成的Fe-ACSA@NC在锌-空气电池和铝-空气电池等柔性固态电池和水基金属-空气电池中都表现出了优异的电化学性能。特别是基于Fe-ACSA@NC的柔性铝-空气电池和水系铝-空气电池分别具有1.70 V@1 mA cm^-2和1.52 V@30 mA cm^-2的放电性能。

这项工作突出了金属原子团簇对单原子的影响，为合理设计高活性的单原子电催化剂提供了思路。

参考文献

Hongjiao Huang, et al, Clusters Induced Electron Redistribution to Tune Oxygen Reduction Activity of Transition Metal Single-Atom for Metal-Air Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202116068

https://doi.org/10.1002/anie.202116068