氧還原反應(ORR)在許多可再生能源轉換和儲存系統中是一個重要的反應，如金屬-空氣電池和燃料電池。高效ORR電催化劑的開發是金屬-空氣電池和燃料電池面臨的關鍵挑戰，因為它涉及多電子/-質子轉移，是一個動力學緩慢的過程。然而，作為ORR催化劑的Pt基材料存在成本高、儲備有限的限制，嚴重阻礙了其商業應用。因此，構建高效、耐久性高的非貴金屬基ORR電催化劑對于金屬-空氣電池和燃料電池的發展具有重要意義。

近日，湖南大學韓磊、王雙印和中科院上海高等研究院李麗娜等通過結合后吸附和二次熱解，構建了具有原子分散的Mn-N₄位點和FeMn原子團簇的Mn基SACs。

具體而言，研究人員首先采用Mn摻雜鎘對苯二胺配合物(CdMn-PPD)的低溫熱解法制備了錨定在富缺陷氮摻雜碳(Mn-DNC)上的分離Mn原子。隨后，通過對Fe³⁺離子的物理吸附和二次熱解，制備了原子分散的Mn-N₄位點與FeMn原子團簇(FeMnac/MnN₄C)。

此外，X射線吸收近邊光譜和擴展X射線吸收精細結構光譜證實了Mn-N₄配位位點在FeMn原子團簇中的形成。

密度泛函理論(DFT)計算和實驗結果表明，由于FeMn原子團簇的存在有效地改變了Mn-N₄位點的電子結構，其最優結構更有利于O₂的吸附并破壞O-O鍵，促進了ORR的動力學。

得益于Mn位點和FeMn原子團簇的相互作用，最佳的FeMn_ac/Mn-N₄C催化劑顯示出優異的ORR活性，其在0.5 M H₂SO₄和0.1 M KOH的半波電位(E_1/2)分別為0.79 V_RHE和0.90 V_RHE。

綜上，該項工作為同時優化配位數和電子結構以提高催化劑的本征活性提供了新的策略。

Decorating Single-Atomic Mn Sites with FeMn Clusters to Boost Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202214988