标题：受生物启发，整合钴单原子和氮化硼电场用于脱氯电催化剂

第一作者：Yuan Min

通讯作者：Xiao Zhou, Yuen Wu

研究背景：

有机卤化物作为大宗商品化学品已广泛应用于医疗行业，农业种植和化工等领域。然而，大多数进入环境的卤化化合物在生物体中具有潜在的生物蓄积性，对人类健康产生不利影响。脱卤通常能降低卤代化合物的生物毒性，也能去除抗生素特性。长期过度使用抗生素产生耐药细菌和耐药基因，成为日益严重的公共卫生问题。构建具有类酶活性位点和微环境的人工酶催化剂仍存在巨大挑战。本文研究了一种局部极化B-N键的碳掺杂氮化硼(BCN) (Co SAs/BCN) 负载Co单原子的催化剂，模拟还原脱卤酶。

文章要点：

要点一：

DFT分析表明，与石墨碳或n掺杂碳(CN)相比，BCN载体具有离子特性，提供了额外的电场效应，有利于极化有机氯化合物的吸附。此外，由于能级发生正向移动，孤立Co的HOMO靠近费米能级，这有利于电子传递，表明Co SAs/BCN具有良好的催化还原活性。

要点二：

Co单原子与BCN载体发生偶合，在CAP脱氯反应中表现出高稳定性和选择性，并抑制了竞争析氢反应，使Co SAs/BCN成为可持续转化有机氯化物的候选材料。

图一：Co SAs/BCN 的DFT 计算a Rdh的静电表面表示;电位等值线缩放到+5.0(蓝色)和- 5.0(红色)k_B Te^-1(其中k_B是玻尔兹曼常数，T是温度，e是电荷)。b B–N键周围电场下的BCN的电子密度图；等值面揭示了N(带负电荷)和B(带正电荷)之间电子密度的不连续。c BCN中C原子的轨道密度图 d BCN上Co单原子的d HOMO和e LUMO f BN-2p和C-2p轨道的PDOS图 g Co-3d轨道的PDOS图;峰在d, e处的成像。

图二：Co SAs/BCN的制备和表征a具有原子分散Co位点和极化载体的单原子催化剂形成的示意图。b Co SAs/BCN的TEM图像。c, f Co SAs/BCN HAADF-STEM图像(插图:SAED图像) d三维等值线和原子重叠的高斯函数从f拟合映射和沿X-Y在f的强度剖面e EELS元素分布图 g同步x射线三维计算机层析成像的Co SAs/BCN。

参考文献：Yuan Min et al. Integrating single-cobalt-site and electric field of boron nitride in dechlorination electrocatalysts by bioinspired design. Nat Commun, 2021.

DOI: 10.1038/s41467-020-20619-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20619-w