雜原子摻雜作為提高碳納米材料電催化活性的一種手段，在氧還原反應(ORR)、析氧反應和二氧化碳還原反應(CO₂RR)中得到了廣泛的應用。

先前的理論計算已經預測碲(Te)摻入碳材料可以顯著提高其催化活性，但是高效碲摻雜碳材料的實驗實現仍然具有挑戰(zhàn)性。同時，傳統(tǒng)的碳材料制備往往導致引入氧元素，氧在顯著提高合成材料的ORR性能方面的重要作用常常被忽視。

基于此，上海大學吳明紅和王亮等通過密度泛函理論(DFT)計算來預測Te和/或O摻雜在4e^?ORR途徑中的作用。

理論計算表明，由于Te?O化學鍵的缺乏，在碳材料中很難實現Te摻雜/功能化；一旦Te元素在氧含量相對較低的環(huán)境中形成Te?O對，合成的碳材料將削弱中間體OH*的吸附，賦予催化劑強大的電子給予能力和顯示出強大的ORR電催化性能。因此，Te?O對有助于加速緩慢的動力學并且有利于擴大層間距。

為了驗證上述計算的準確性，研究人員通過設計的串聯水熱脫水-熱解合成策略制備了Te和/或O摻雜/功能化后碳材料(Te-Sl)，并且采用熱力學穩(wěn)定模型研究了催化劑的實際活性中心。XPS和FTIR分析，在摻雜碳材料上觀察到了Te?O對；Te-Sl是一種高缺陷/非晶石墨烯納米片狀結構，具有較大的表面積，可導致許多Te?O對的暴露，從而大大提高了電化學性能。

Te-Sl在堿性條件下具有優(yōu)異的ORR性能，初始電位為0.87 V，半波電位為0.76 V，極限電流密度為?4.10 mA cm^?2。并且，K-L方程和RRDE表征結果表明Te-Sl在ORR過程中遵循的4e^?途徑。

結合密度泛函理論(DFT)計算和其他表征實驗，表明Te成功地用Te?O鍵修飾了超薄Te-Sl納米片的表面，并且Te是材料表面的主要活性位點。該項工作在分子水平研究了Te?O對摻雜碳材料的真正活性中心，并且為開發(fā)低成本和優(yōu)異ORR性能的二元雜原子摻雜碳基電催化劑提供了理論指導。

Insights into the Use of Te–O Pairs as Active Centers of Carbon Nanosheets for Efficient Electrochemical Oxygen Reduction. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c01662