第一作者：王孝臣，张宁，郭硕海
通讯作者：尚会姗*，陈文星*
通讯单位：郑州大学，北京理工大学
论文DOI：10.1021/jacs.4c03576
双原子催化剂（DACs）作为电催化领域的研究热点，其独特的活性位点和金属间相互作用为提升催化性能开辟了新途径。郑州大学张冰教授、尚会姗副研究员和北京理工大学陈文星副研究员、清华大学张亮教授等人近期在《Journal of the American Chemical Society》上发表了重要研究成果，即通过创新的两步热解策略，成功合成了非对称配位的异核双金属原子催化剂FeSn-C
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N。该催化剂在碱性条件下的氧还原反应（ORR）中展现出了卓越的性能，其半波电位高达0.914 V vs. RHE，彰显了其高效催化能力。深入的光谱表征与理论计算揭示了FeSn双原子位点中p区Sn与d区Fe之间的p-d轨道杂化现象。这一独特作用机制不仅促进了电子离域，还有效降低了*OH质子化的能垒，进而显著增强ORR活性。此外，研究团队还探索了FeSn-C
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N催化剂在锌空电池中的应用潜力，结果表明该电池具备高放电功率密度（265.5 mW cm
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）和优异的比容量（754.6 mAh g
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），进一步验证了p-d轨道杂化双原子催化剂在电催化领域的巨大应用前景。综上所述，本研究不仅丰富了双原子催化剂的设计策略，也为未来异核双原子催化剂的合理设计与优化提供了宝贵的参考和启示。
铂基催化剂在电催化储能领域占据重要地位，但因成本问题促使科研界探索更经济的ORR催化剂。金属单原子催化剂（SACs），特别是锚定于N掺杂碳载体上的类型，因其高效原子利用率和可调的电子结构，成为备受关注的替代品。近年来，双金属原子催化剂凭借独特的协同效应崭露头角，通过相邻金属位点间的轨道耦合降低反应势垒，加速催化过程。然而，当前双原子位点设计多聚焦于d区过渡金属，p区与d区金属间的p-d耦合研究尚显不足。p-d轨道耦合作为一种强有力的电子结构调控手段，有望进一步优化中心金属原子的性质，从而显著提升ORR催化活性。因此，探索p-d耦合的非对称双金属原子位点，对于开发高效、低成本的ORR催化剂具有重要意义。
亮点一：
创新性地采用了两步热解策略，成功设计并合成了具有p-d耦合效应的异核FeSn双金属原子催化剂。与传统饱和对称配位的单原子催化剂相比，这种非对称的双金属位点设计赋予了催化剂在调控氧还原反应中间体吸脱附性质上的更高灵活性，显著降低了*OH质子化的能垒，从而极大增强了ORR的催化活性。
亮点二：
利用先进的HAADF-STEM电镜技术和XAFS光谱表征手段，我们确凿地验证了非对称FeSn双金属位点结构的成功构建。此外，这种p-d耦合的设计理念还展现出良好的拓展性，有望应用于FeIn、FeSb、FeBi、FePb等其他非对称双金属位点的开发中，为催化剂的设计提供了更为广阔的思路。
亮点三：
在碱性电解质环境中，FeSn-C
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N催化剂展现出了卓越的氧还原反应性能，其半波电位高达0.914 V vs. RHE。进一步地，当FeSn-C
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N被应用于锌空电池的阴极时，该电池展现出了高达265.5 mW cm
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的峰值功率密度，充分证明了其在实际应用中的巨大潜力。
Scheme 1. FeSn-C
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N
催化剂合成路径图
FeSn-C
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N的合成精妙地结合了环己六酮与尿素的交联、热解、以及金属盐的湿浸渍与再热解等步骤。首先，通过高温热解获得C
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N载体，其独特的N
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空腔结构为金属原子的锚定提供了优越平台。随后，Fe与Sn金属盐被精准地引入并固定在N
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空腔内，形成非对称的双金属位点。此过程中，Sn与Fe原子间的p-d轨道匹配，预示着强大的电子耦合效应与优异的热力学稳定性，为催化剂的高性能奠定了坚实基础。
