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高效的氧還原反應（ORR）電催化劑是一種重要的能量轉換和存儲器件，其中單原子催化劑（SACs）最為理想。然而，原子水平上對每個物種在錨定位點的功能作用的理解仍然不清楚，而且還沒有得到很好的闡明。

基于此，悉尼科技大學劉浩教授、上海大學吳明紅院士、多倫多大學張晉強博士等人報道了在原子分散的金屬中心附近具有硫和氧官能團的Fe單原子催化劑（Fe1/NSOC），用于高效的ORR。測試發現，Fe1/NSOC的半波電位為0.92 V，遠遠優于商業Pt/C（0.88 eV）、N摻雜碳上的Fe單原子（Fe1/NC，0.89 V）和大多數報道的非貴金屬催化劑。

通過DFT計算，作者構建了三個不同位點的含硫和環氧基團的原子結構（FeN4S2O2-1、FeN4S2O2-2和FeN4S2O2-3）來研究它們的影響。FeN4S2O2-1和FeN4S2O2-2具有N-S和C-OC基團的結構都是穩定的，而FeN4S2O2-3中的N-S和C-O-C傾向于轉化為N-S和SO-C基團。

三種不同構型的Fe1/NSOC與Fe1/NC的FeN4和Fe1/NSC的FeN4S2原子結構（*OH還原的最后一步）表現出相同的速率決定步驟，但Fe1/NSOC的極限勢壘要低得多，表明加入硫和環氧基可影響中心Fe單原子的電子結構，從而增強催化能力。

此外，FeN4S2O2-1的原子結構在三種Fe1/NSOC構型中釋放OH的能壘最低（FeN4S2O2-1為-0.79 eV，FeN4S2O2-2為-0.75 eV，FeN4S2O2-3為-0.66 eV），表明N-S、C-O-C和Fe活性中心的位置也影響ORR催化活性。

由于S/O原子的存在，FeN4S2O2-1中Fe中心的電荷密度比FeN4高得多，表明電子從Fe單原子轉移，導致Fe 3d軌道電子重新分布。活性Fe原子在FeN4S2O2-1和FeN4上不同的PDOS結果可能源于Fe軌道自旋態的改變，有效地促進了電荷輸運，增強了ORR過程。因此，Fe1/NSOC中S/O原子的存在促進了相應的催化性能。

Epoxy-rich Fe Single Atom Sites Boost Oxygen Reduction Electrocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308349.

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