N、C、O、S配位的單原子金屬位點（SMSs）由于電荷再分配而具有顯著提高催化性能的潛力，然而，在SMSs的精確設計方面仍然存在重大挑戰。基于此，上海交通大學莊小東教授，朱金輝助理研究員（共同通訊作者）等人計算了與N3C1錨定的SMSs，即N-摻雜金屬卟啉（NCPor-Ms）的氧還原（ORR）催化活性。從理論和實驗兩個方面研究了M-N3C1活性位點的化學結構、電子行為和催化活性。
理論火山圖表明Co-N3C1位點的ORR活性最高，電化學測量也證明了這一點。NCPor-Co在0.1 M KOH中的E1/2為0.83 V?vs. RHE，這是已報道的Co基電催化劑中最高的值之一。用原位EXAFS和原位XANES分別監測了在ORR過程中Co-N3C1中Co中心的原子構型和氧化狀態。原位ATR-SEIRAS揭示了Co-N3C1位點對O2的強烈吸附以及對ORR四電子轉移過程的高選擇性。
DFT計算表明NCPor骨架可用于設計具有低帶隙和高氧化還原活性的有前景的電催化劑。ORR活性與M-N3C1和M-N4的d帶中心有很好的相關性，能夠形成火山曲線。d帶中心隨著不對稱金屬活性位點的形成而發生移動，這為在分子催化劑中調控d帶中心提供了一種方法。這項工作為理解催化機理和開發高效不對稱催化劑提供了理論見解。
Well-defined N3C1-anchored Single-Metal-Sites for Oxygen Reduction Reaction.?Angew. Chem. Int. Ed.,?2023, DOI: 10.1002/anie.202314833.
https://doi.org/10.1002/anie.202314833.
