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研究概述

雙-原子催化劑（DAC）由于其多功能組合和協同效應，通常表現出優異的電催化活性。

然而，忽視工作電位下活性位點的動態軸向吸附和反應物吸附作為速率決定步驟阻礙了準確的高通量篩選策略的建立。

2024年10月16日，北京化工大學曹達鵬教授、許昊翔教授在Advanced Energy Materials上發表題為《A Revised High-Throughput Screening Model on Oxygen Reduction Reaction Over Dual Atom Catalysts Based on the Axial Pre-Adsorption and O₂ Adsorption》的研究論文。

在此，研究人員通過密度泛函理論（DFT）系統地研究了42種3d–3d金屬DACs的氧還原反應（ORR），結果表明，除了質子-電子轉移步驟外，ORR動力學還受O₂*吸附的限制，DACs的活性中心可以通過中間體在工作電位下的軸向預吸附來重構。

因此，通過使用O₂*和OH*吸附作為活性描述符，研究人員提出了ORR火山圖。

然后，作者構建了一種高通量篩選方法，并從含有3d、4d或5d金屬的267個DACs中篩選出38個有前景的ORR DACs。

重要的是，之前未被探索的MnCoN₆ DAC也被實驗合成，并展現出超越Pt/C的超高ORR活性，與理論預測完全吻合。

簡而言之，本工作不僅提出了一種基于火山圖的高通量篩選方法，而且為啟發式設計其他反應的電催化劑提供了理論預測實驗驗證的概念證明。

圖文解讀

圖1. 在ORR工作電位下DACs的動態軸向吸附的確定

圖2：通過機器學習進行的特征重要性分析

圖3：MnCoN₆C的合成、結構表征以及ORR催化性能

文獻信息

A Revised High-Throughput Screening Model on Oxygen Reduction Reaction Over Dual Atom Catalysts Based on the Axial Pre-Adsorption and O₂ Adsorption,?Advanced Energy Materials,?2024.

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