戴黎明院士领衔！中大余丁山&广工陈旭东，新发Angew！

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电催化析氧/氧还原反应（OER/ORR）催化剂对于许多可再生能源技术至关重要。原子级分散的过渡金属催化剂是当前主导贵金属催化剂的有力替代品，但它们在OER中的活性往往不足，在实际电池操作中的耐久性也不够。

2025年5月28日，中山大学余丁山、广东工业大学陈旭东、新南威尔士大学戴黎明在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上发表了题为《Boron-Activated Single-Metal-Site Catalysts Break Adsorption-Energy Scaling Relations for Robust Bifunctional Oxygen Catalysis》的研究论文，Zhongke Yuan、Jing Li为论文第一作者，余丁山、陈旭东、戴黎明为论文通讯作者。

余丁山，教授，博导；1998年至2005年于武汉理工大学获学士、硕士学位，2008年博士毕业于中山大学；2008年至2012年于美国University of Dayton和Case Western Reserve University 从事博士后研究，2012年至2015年在新加坡Nanyang Technological University 从事博士后研究；后于中山大学化学与化学工程学院任职教授。

主要从事低维碳材料及聚合物基功能复合材料的可控制备、改性并开发其在光电器件和能源器件（包括太阳能电池、超级电容器、燃料电池、金属空气电池）中的应用；研究电子/离子传输、光电转换、电化学性质等对能量存储与转换器件性能的影响。至今在Nature Nanotech、Chem Soc Rev、J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Adv Mater、Adv Funct Mater、ACS Nano等学术期刊上发表论文50余篇，其中SCI引用共2500余次，单篇论文最高引用超过400次，9篇论文引用次数超过100，9篇论文被选为 ESI高被引论文。

陈旭东，教授，1988年毕业于厦门大学化学系，1991年硕士毕业于中山大学化学学院，1997年博士毕业于华南理工大学高分子材料科学与工程系。曾任中山大学化学学院教授，高分子与材料科学系主任、副院长，现兼任中山大学教授。

主要研究方向为聚合物光学材料、聚合物功能复合材料、聚合物的高性能及高功能化，长期从事功能高分子材料改性、聚合物结构与性能之间的关系研究。主持了科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金重点项目，广东省重点项目，广州市重大项目等多项研究课题。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Macromolecules和Appl. Phys. Lett.等期刊发表论文200余篇。

戴黎明，美国发明家科学院院士，欧洲科学院院士，澳大利亚科学院院士，新南威尔士大学先进碳材料中心主任、教授。1991年获得澳大利亚国立大学化学博士学位；1992年至2002年担任克莱顿联邦科学与工业研究组织首席研究科学家；2002年至2004年担任阿克伦大学高分子工程副教授；2004年至2009年担任代顿大学莱特兄弟研究所纳米材料讲座教授。

戴黎明教授的研究工作涵盖了聚合物和碳纳米材料的设计和合成，以及相关设备的研发与应用。在Science，Nature Nanotechnology，Advanced Materials，ACS Nano，Chemical reviews，Journal of the American Chemical Society，Angewandte ChemieNature Reviews Materials等学术期刊发表论文1200多篇，被引113400余次，H-Index：168。

在本文中，作者展示了一种合理的策略，使得单金属位点催化剂能够打破OER/ORR的通用吸附能缩放限制，并将过渡金属主导催化剂的双功能催化性能提升至前所未有的水平。

除金属-氮配位外，新设计的催化剂（即金属-碳-硼）通过金属-碳配位稳定原子金属，并通过硼掺杂实现有利的电子工程。

优化的Co-C-B催化剂在碱性条件下表现出创纪录的低OER过电位，仅为172 mV（10 mA cm-2），以及优越的ORR半波电位为0.87 V，并且在连续的OER或ORR中展现出超过500 h的稳定性，使得可充电锌-空气电池能够完成超过6755次的充放电循环。

该催化剂的OER质量活性为33941 A/gmetal，ORR质量活性为15873 A/gmetal，分别比商业贵金属对应物高出约112倍和80倍。

原子分散的CoC4Bx基团为独特的双功能活性中心，打破了中间体吸附的常规标度关系，并同时将固有OER/ORR活性提升至单金属位点的理论限制之上。

图1：CoCB700催化剂的合成

图2：CoCB催化剂的结构表征

图3：电催化活性及电池性能评估

图4：OER/ORR双功能活性的机理研究

综上，作者开发了一种新型的硼激活单金属位点催化剂（金属-C-B），通过金属-碳配位和硼掺杂稳定原子金属，用于高效的双功能氧催化。优化后的Co-C-B催化剂在碱性条件下表现出创纪录的低OER过电位和优越的ORR半波电位，并且在连续500h的OER或ORR操作中展现出显著的稳定性。

不仅突破了传统单金属位点催化剂在OER和ORR中的通用吸附能标度限制，还通过实验和理论计算相结合的方法，揭示了硼掺杂对催化剂性能的显著提升作用，为设计高性能、低成本的氧催化剂提供了新的思路和理论基础。

这种新型催化剂在可再生能源技术中具有广泛的应用前景，包括燃料电池、金属空气电池和水电解槽等。其卓越的双功能催化性能和稳定性使其成为商业贵金属催化剂的理想替代品，有望推动这些技术的商业化和大规模应用。

Boron-Activated Single-Metal-Site Catalysts Break Adsorption-Energy Scaling Relations for Robust Bifunctional Oxygen Catalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2025, https://doi.org/10.1002/anie.202503936.

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