在氮（N）摻雜劑附近定向構(gòu)建碳缺陷是提高氮摻雜碳對氧還原反應(yīng)（ORR）電催化活性的一種有趣但具有挑戰(zhàn)性的方法。

基于此，中南大學(xué)何震教授和劉素琴教授等人報道了一種新的位點特異性蝕刻策略，其特點是將單線態(tài)氧（¹O₂）定向錨定在N相鄰原子上，從而在N摻雜碳（¹O₂-N/C）中定向構(gòu)建與N摻雜劑相鄰的拓撲碳缺陷。¹O₂-N/C表現(xiàn)出最高的ORR半波電位，為0.915 V_RHE。

通過DFT計算，作者研究了¹O₂-N/C中N-C位點的本征催化活性。作者構(gòu)造了與七邊形相鄰的五邊形作為拓撲碳缺陷（DC），系統(tǒng)地提出了DC中所有可能發(fā)生N-取代的位點，編號從1到10（DC-N_x，x表示對應(yīng)的數(shù)字）。

DC-N6的n摻雜劑為Py-N，其余為G-N。在DC-N_x上*OOH和*OH（ΔG_*OOH和ΔG_*OH）的吸附能計算值，DC-N6、DC-N9和DC-N10同時具有合適的ΔG_*OOH和ΔG_*OH，表明這些配置可能具有滿意的催化活性。

此外，位于火山圖頂部的DC-N6能有效地將*OOH吸附能提升至最佳值，在U=0 V_RHE時，其結(jié)合能下降幅度（-0.79 eV）大于DC（-0.18 eV）。當(dāng)施加電壓為1.23 V時，可直觀地識別電位決定步驟（PDS）。當(dāng)Py-N-C和G-N-C位點與拓撲碳缺陷結(jié)合時，*OOH的吸附能勢壘顯著降低，導(dǎo)致ORR的起始電位提高。

DFT計算揭示了拓撲碳缺陷中與五邊形鍵合的Py-N可以優(yōu)化*OOH的吸附能，從而提高N摻雜碳中N-C位點對ORR的本征催化活性。

Singlet Oxygen Induced Site-Specific Etching Boosts Nitrogen-Carbon Sites for High-Efficiency Oxygen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202303409.

https://doi.org/10.1002/anie.202303409.