重慶大學(xué)Tayyaba Najam，彭立山和魏子棟等人報道P、N雙摻雜碳骨架負(fù)載的單原子Zn催化劑（Zn-N₄P/C）用于氧還原反應(yīng)（ORR）；Zn-N₄P/C 催化劑表現(xiàn)出和Pt/C相當(dāng)?shù)?ORR 活性（E_1/2 = 0.86 V）和優(yōu)于 Pt/C的穩(wěn)定性；在Zn-air電池測試中中的最大峰值功率密度為249.6 mW cm^-2，比電容為779 mAh g^-1，以及150 小時的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。

以ZnN₄/C和 ZnN₄P/C為結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行DFT理論計算。發(fā)現(xiàn)P 摻雜的 Zn-N₄ 部分 (Zn-N₄-P) 顯示 Zn 原子周圍的電子密度比基面負(fù)載的 Zn-N₄ 位點更高，表明ZnN₄P/C 上的電荷密度重新分布；研究ZnN₄/C 和 ZnN₄P/C 的部分態(tài)密度 (PDOS)發(fā)現(xiàn)ZnN₄P/C 中 Zn 的 d 帶隙的負(fù)位移比 ZnN₄/C 中的 Zn 原子稍小，表明通過 P 摻雜獲得 Zn-N₄ 活性位顯示增強(qiáng)的局部電子電導(dǎo)率。

計算吉布斯自由能圖確認(rèn)最后的電子轉(zhuǎn)移步驟（*OH 解吸）是速率決定步驟（RDS），表明 Zn-O 親和力的減弱可以促進(jìn)ORR活性。因此，進(jìn)一步研究ZnN₄/C 和 ZnN₄P/C 的吸附和脫附性能；與 Zn-N₄ 相比，ZnN₄P/C 的 ΔG_OH*（*OH 的吸附自由能）值大得多，表明對氧分子的結(jié)合能力較低，OH*脫附過程更快；*OH 在 Zn-N₄/C 中的強(qiáng)吸附導(dǎo)致RDS步驟的能壘更大，而 ZnN₄P/C 樣品可以更好地調(diào)節(jié)*OH 結(jié)合強(qiáng)度，最終降低RDS能壘。

Syed Shoaib Ahmad Shah, Tayyaba Najam et al. Modulating the microenvironment structure of single Zn atom: ZnN4P/C active site for boosted oxygen reduction reaction. Chinese J. Catal. 2022. 8, 2193-2201.

https://doi.org/10.1016/S1872-2067(22)64089-0