無金屬碳基材料被認(rèn)為是貴金屬Pt基電催化劑最有前途的替代品之一。然而，雜原子調(diào)制碳的電催化活性很少達(dá)到金屬基電催化劑的水平。

基于此，中南大學(xué)田忠良教授，倫敦大學(xué)學(xué)院何冠杰博士（共同通訊作者）等人報(bào)道了富含電子的碳和碳空位附近豐富的吡啶氮修飾的碳納米片（E-NC-V），并將其作為載體來促進(jìn)高效的氧還原反應(yīng)（ORR）。

為了進(jìn)一步探索ORR活性的起源，作者建立了具有不同缺陷密度和富電子材料的模型（E-NC-V、NC-V和L-NC-V），并通過DFT計(jì)算研究了4e^– ORR路徑。分波態(tài)密度圖（PDOS）表明，和L-NC-V和NC-V相比，E-NC-V中有更多的電子從C位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到O₂分子上，具有較強(qiáng)的成鍵強(qiáng)度，從而充分激活O₂。

本文進(jìn)一步研究了ORR的自由能圖，E-NC-V、NC-V和L-NC-V的極限電位分別為1.13、1.24和1.4 V，這表明缺陷密度和吡啶氮含量提高了ORR活性。碳空位附近的富吡啶氮結(jié)構(gòu)與富電子碳協(xié)同作用，促進(jìn)了|ΔG_O*|的急劇降低，導(dǎo)致氧中間體的平衡吸附和解離，從而激活了O=O，這可歸因于豐富的空位和Zn與N/C之間的d-p軌道雜化。

Potent Charge-Trapping for Boosted Electrocatalytic Oxygen Reduction. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202203963.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203963.