近日，鄭州大學化工學院張冰教授課題組在雙原子催化劑研究領域取得重要進展。研究團隊通過精確設計和深入解析雙原子催化劑的構型，成功制備出一系列非對稱硒基雙原子催化劑。該催化劑在電化學氧還原和鋅-空氣電池中表現出優異的性能。

由于具有協同作用，雙原子催化劑（DACs）因其明確定義的活性位點而受到廣泛關注。然而，為了進一步構建明確的雙原子位點并理解其在多步驟催化反應中的協同作用，仍需進行更多的實驗研究和理論分析。為此，研究團隊精確設計了一系列基于硒的不對稱雙原子催化劑，包括異核SeN2–MN2（M=Fe、Mn、Co、Ni、Cu、Mo等）活性位點，以提高氧還原反應（ORR）的效率。在這些設計的基于硒的雙原子催化劑中，硒-鐵雙原子催化劑在堿性ORR中表現出優異的性能，其半波電位達到0.926 V（相對于可逆氫電極）。此外，基于SeN2–FeN2的鋅-空氣電池具有高比容量（764.8 mAh g−1）和最大功率密度（287.2 mW cm−2）。光譜表征和理論計算表明，異核硒原子通過短程調節有效極化了其他金屬原子的電荷分布。此外，與單原子位點Se或Fe相比，SeFe雙原子位點通過*O中間體的共吸附，顯著降低了從*O到*OH的轉換能量障礙。本研究為設計異核雙原子催化劑以提高ORR效率提供了新的視角。

研究成果以“Precisely designing asymmetrical selenium based dual-atom sites for efficient oxygen reduction”為題發表在國際權威期刊《Nature Communications》上。鄭州大學化工學院為第一單位，王孝臣博士生為論文第一作者，鄭大尚會姍副研究員、清華大學羅璇博士和北京理工大學陳文星教授為共同通訊作者。

該研究得到了國家區域創新發展聯合基金重點項目和國家自然科學青年基金等資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-55862-6

硒鐵雙原子催化劑的合成示意圖