单原子催化剂Fe-N-C在NO_x还原反应（NO_xRR）中得到广泛的关注，促进进一步发展和应用。有鉴于此，中南大学刘敏教授、刘康等报道基于恒定电势DFT理论计算，对吡啶-FeN₄和吡咯-FeN₄单原子位点，研究电势驱动NO_xRR催化反应生成NH₃和NH₂OH之间的竞争性机理。

本文要点：

（1）

NO_xRR催化反应的选择性与Fe 3d轨道的改变有关，因为其轨道与中间体之间具有相互作用。产物中的NH₃和NH₂OH取决于施加的电势。

吡啶-FeN₄位点在更高的还原电势（-0.6~-1.2 V vs. SHE）容易生成NH₃，在更低的还原电势（0.6~-0.6 V）更容易生成NH₂OH。

吡咯-FeN₄位点与不同电势表现了类似的产物分布情况，产物的转变电势为-1.0 V。

（2）

NO_xRR反应决定选择性的中间体是*NH₂OH和*NH₂+*OH。电势依赖性选择性受到Fe 3d轨道与选择性决定性中间体之间的相互作用，哑铃形Fe 3dz²轨道转变为四叶草状Fe 3dxz、3dyz、3dx²-y²的过程渠道控制产物分布的关键作用。

本文的这些研究结果为开发选择性的单原子NO_xRR催化剂提供帮助。

参考文献

Yao Tan, Junwei Fu, Tao Luo, Kang Liu*, and Min Liu*, Theoretical Insights into the Selectivity of Single-Atom Fe–N–C Catalysts for Electrochemical NO_x Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c14021

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14021