單原子催化劑(SACs)由于其較高的原子利用率、比選擇性、可調(diào)的配位環(huán)境和許多催化反應(yīng)的非凡活性，引起了廣泛的關(guān)注和廣泛的研究。通常，原子分散的金屬-氮-碳(M-N-C)部分，特別是Fe-N-C，被認(rèn)為是ORR工藝取代貴金屬鉑基催化劑的新興候選催化劑。

為了進(jìn)一步提升催化劑ORR活性，近日，中科院化學(xué)青能所黃長水、中科院福建物構(gòu)所侯柱鋒和山東大學(xué)呂青等基于GDY的構(gòu)型優(yōu)勢(shì)，提出了一種有效和可行的方法來在N摻雜GDY上錨定鐵單原子，從而形成sp-N，并通過用sp-N和含氧基團(tuán)介導(dǎo)活性中心來促進(jìn)ORR的性能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算表明，F(xiàn)e的電子結(jié)構(gòu)受到sp-C和sp-N配位的調(diào)控。在合成的催化劑(簡(jiǎn)稱Fe-N-GDY)中，F(xiàn)e的電子結(jié)構(gòu)同時(shí)受到sp-N和氧的調(diào)節(jié)，sp-N的參與和OH的自發(fā)吸附成功地削弱了ORR過程中Fe和*OH中間體的結(jié)合能。此外，F(xiàn)e-N-GDY的多孔結(jié)構(gòu)和高的BET表面積保證了快速的傳質(zhì)和豐富的活性位點(diǎn)暴露，這也是其優(yōu)異的ORR活性的重要原因。

因此，F(xiàn)e-N-GDY在0.89 V時(shí)表現(xiàn)出正的半波電位(E_1/2)和1.05 V的起始電位。此外，F(xiàn)e-NGDY的高效活性和固有穩(wěn)定性使組裝的ZAB具有理想的長期循環(huán)壽命，在900多個(gè)循環(huán)中表現(xiàn)出非凡的持久性，降解程度可忽略不計(jì)，優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的SACs。碳載體的合理設(shè)計(jì)為調(diào)節(jié)活性中心的電子結(jié)構(gòu)提供了獨(dú)特的視角，這不僅可以創(chuàng)建高活性的ORR位點(diǎn)，而且有望指導(dǎo)其他能量轉(zhuǎn)換相關(guān)催化劑的制造。

Sp-hybridized Nitrogen as New Anchoring Sites of Iron Single Atoms to Boost the Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202208238