碳载体上含氮配位的3D过渡金属单原子催化剂是一种很有前途的氧还原反应（ORR）电催化剂。然而，准确地调控单原子金属位点的配位结构并确定几何/电子结构与ORR活性之间的关系仍然是一个挑战。
基于此，加州大学忻获麟教授，河北工业大学王菲研究员，刘辉副教授（共同通讯作者）等人报道了一种新型的具有硼和氮双配位的碳负载单原子镍催化剂（Ni-B/N-C），相对于原始的Ni-N-C催化剂具有更优异的ORR活性。本文通过DFT计算从原子水平上探讨了Ni-B/N-C电催化剂具有优异的ORR活性的原因。计算结果表明，引入B后Ni中心的电荷密度增加，而ΔGO*随Ni中心Bader电荷的增加而减小。这表明Ni-B1N3与吸附O*的结合比Ni-N4更强，可能具有更好的ORR催化活性。
投影态密度图（PDOS）表明，σ键来源于Ni 3dz2和O 2pz轨道的重叠。与Ni-N-C相比，Ni-B/N-C在费米能级以下有较少的σ*反键电子填充，这意味着Ni中心与吸附的O之间有很强的耦合。Ni-B/N-C中较负的晶体轨道重叠布居积分值（ICOOP）表明Ni与O之间的成键比在Ni-N-C中更强。ORR的吉布斯自由能图表明，引入B后过电位从1.81降低到0.92 V。因此，Ni-B1N3的局部配位环境有利于提高Ni-B/N-C催化剂的ORR活性。Modulating Electronic Structure of Atomically Dispersed Nickel Sites through Boron and Nitrogen Dual Coordination Boosts Oxygen Reduction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213863.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213863.
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