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單原子催化劑Fe-N-C在NO_x還原反應（NO_xRR）中得到廣泛的關注，促進進一步發展和應用。有鑒于此，中南大學劉敏教授、劉康等報道基于恒定電勢DFT理論計算，對吡啶-FeN₄和吡咯-FeN₄單原子位點，研究電勢驅動NO_xRR催化反應生成NH₃和NH₂OH之間的競爭性機理。

本文要點：

（1）

NO_xRR催化反應的選擇性與Fe 3d軌道的改變有關，因為其軌道與中間體之間具有相互作用。產物中的NH₃和NH₂OH取決于施加的電勢。

吡啶-FeN₄位點在更高的還原電勢（-0.6~-1.2 V vs. SHE）容易生成NH₃，在更低的還原電勢（0.6~-0.6 V）更容易生成NH₂OH。

吡咯-FeN₄位點與不同電勢表現了類似的產物分布情況，產物的轉變電勢為-1.0 V。

（2）

NO_xRR反應決定選擇性的中間體是*NH₂OH和*NH₂+*OH。電勢依賴性選擇性受到Fe 3d軌道與選擇性決定性中間體之間的相互作用，啞鈴形Fe 3dz²軌道轉變為四葉草狀Fe 3dxz、3dyz、3dx²-y²的過程渠道控制產物分布的關鍵作用。

本文的這些研究結果為開發選擇性的單原子NO_xRR催化劑提供幫助。

參考文獻

Yao Tan, Junwei Fu, Tao Luo, Kang Liu*, and Min Liu*, Theoretical Insights into the Selectivity of Single-Atom Fe–N–C Catalysts for Electrochemical NO_x Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c14021

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14021