郑州大学张佳楠Nano Energy：调控Fe-N-C的自旋状态助力ORR
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原子分散的Fe-N-C催化剂是氧还原反应（ORR）中Pt基催化剂的最有希望替代品，但Fe-N x 电催化剂在酸中ORR活性不足。有报道证实了单原子金属-N-C位点配体场在提高催化性能的重要作用，但其机制仍不明确。
基于此， 郑州大学张佳楠教授（通讯作者）等人 报道了基于配体场理论，通过转换富缺陷的吡咯N-配位FeN x 位点，调节电子容易穿透氧的反键π-轨道，实现了SA Fe-N-C中Fe活性中心的电子自旋态从FeN 5 （Fe-N 5 -LS）的低自旋态（LS）到FeN 4 （Fe-N 4 -HS）和FeN 3 （Fe-N 3 -HS）的高自旋态（HS）的转变。
为准确确定三种样品的精确配位结构，采用DFT+U计算不同可能模型结构的形成能，模型1和模型2分别代表Fe-N 5 -1和Fe-N 5 -2的可能结构。
模型3-6表示Fe-N 1 -1、Fe-N 4 -3、Fe-N 4 -2和Fe-N 4 -4的可能结构。模型7和8分别表示Fe-N 1 -1和Fe-N 3 -2的可能结构。
从结构形成能来看，Fe-N 5 -LS、Fe-N 4 -HS和Fe-N 3 -HS最可能的结构分别为Fe-N 5 -2、Fe-N 4 -4和Fe-N 3 -1。
Fe的态密度（PDOS）投影发现，自旋通道中 d -轨道电子的不对称排列，表明自旋极化。
根据 d -带中心理论（ d -带中心的能级决定了催化剂表面活性位点和被吸附分子的吸附强度，能级越高，吸附能力越强）和Sabatier原理，可以看出只有有合适的d-带中心能级（Ed）来平衡中间体（*OH、*O和*OOH）的吸附和解吸，催化剂才能达到较高的ORR活性。
Altering the spin state of Fe-N-C through ligand field modulation of single-atom sites boosts the oxygen reduction reaction. Nano Energy, 2022 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.108020.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108020.
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