通过氮缺陷增强HER性能：Fe和Ru单原子催化剂在石墨烯上的比较DFT研究

探索氢气演化反应（HER）的高效催化剂对于清洁氢能源的发展至关重要。单原子催化剂（SACs）因其最大原子效率、高催化性能和优异选择性而备受关注。在本研究中，我们系统地使用密度泛函理论（DFT）计算研究了Ru和Fe SACs在掺氮石墨烯上的HER活性。考察了多种氮缺陷构型（N到4N）以评估其对结构稳定性和催化性能的影响。结果表明，较低N配位的基团，特别是Nₚyrrolic和2N，表现出优越的HER活性，而高N配位的基团（4N）则具有更大的稳定性。火山图分析表明，催化性能对金属-载体相互作用高度敏感，这可以通过结合能和金属电荷状态有效描述。Ru SACs@Nₚyrrolic和Fe SACs@2N达到最优性能，额外的活性位点和分别约为0.26 V和0.23 V的低过电位。Bader电荷分析进一步确认适度的正电荷状态增强了电子金属-载体相互作用，优化了氢气的吸附和脱附。这些发现突显了氮配位在调节掺氮石墨烯上SACs电子和能量特性的关键作用，为无铂SACs的高效HER催化的合理设计提供了宝贵的见解。