单原子催化位点通常在ORR电催化反应过程中发生结构重构现象，但是这种催化位点重构现象以及对元素价态的影响需要深入理解。

有鉴于此，黑龙江大学付宏刚教授、王蕾研究员设计结构明确均一的Mn-N₄单原子催化剂，并考察不同电极电势导致催化位点结构的变化。

主要内容：

（1）

通过原位同步辐射表征技术追踪ORR催化反应过程中催化活性位点的动态变化。在存在电极电势的时候，发现Mn-N₄位点能够变化为Mn-N₃C，随后进一步变为Mn-N₂C₂。与此同时，Mn的价态从+3.0增加为+3.8，随后价态降低为+3.2。当去除电势后，催化位点重新变为起始的Mn^+3.0-N₄结构。

（2）

通过理论计算方法，同样验证了催化位点的电子结构和几何结构连续变化过程。形成的Mn^+3.8-N₄结构和Mn^+3.2-N₂C₂结构分别有助于Ｏ₂吸附和降低决速步骤的能垒。

Mn-N₄单原子催化剂的起始电势为0.99 V，稳定工作达到10000圈。当过电势为0.85 V_RHE，TOF达到1.59 s^-1。这项工作有助于理解如何调节催化位点的价态和结构的方式构筑单原子催化剂。

参考文献

Miaomiao Tong, Fanfei Sun, Gengyu Xing, Chungui Tian, Lei Wang, Honggang Fu, Potential Dominates Structural Recombination of Single Atom Mn Sites for Promoting Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202314933

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202314933