"铁电极化动态调控单原子催化剂界面电子结构实现高效析氧反应（OER）新策略"

本文通过密度泛函理论(DFT)计算，创新性地构建了BN/α-In2Se3铁电异质结负载过渡金属(TM)单原子催化剂(SACs)体系，揭示了铁电极化反转通过诱导3d轨道能级分裂和界面电荷重分布，显著降低OER过电位至0.26V的动态调控机制，为设计高效非贵金属催化剂提供了新范式。

　　

Highlight

本研究通过密度泛函理论(DFT)系统研究了铁电异质结BN/α-In₂Se₃负载过渡金属(Fe/Co/Ni)单原子催化剂的析氧反应(OER)性能。发现α-In₂Se₃的铁电极化方向可动态调控催化剂界面电子结构：极化反转诱导过渡金属3d轨道能级分裂，触发界面电荷重分布，从而优化反应中间体吸附稳定性，降低反应能垒。其中镍基催化剂(Ni@BN/α-In₂Se₃↑)表现尤为突出，仅需0.26V过电位即可驱动OER，性能远超传统贵金属催化剂IrO₂和RuO₂。

Computational methods

采用维也纳从头算模拟软件包(VASP)进行第一性原理计算，使用PBE广义梯度近似处理交换关联泛函。设置平面波截断能为500eV，结构优化时采用3×3×1 Monkhorst-Pack k点网格，力收敛标准为0.02 eV/?。为准确描述电子关联效应，对过渡金属3d电子采用Hubbard修正(U_eff=3-6 eV)。范德华相互作用通过DFT-D3方法进行校正。

Results and discussion

研究发现：1) α-In₂Se₃铁电极化可逆切换能显著改变界面电荷转移行为，向上极化时诱导金属位点电子耗尽态；2) 极化方向调控导致TM-3d轨道发生特征性分裂(如Ni的d_z2轨道能移)，直接优化*OOH中间体吸附能；3) 电子结构分析显示，向上极化使Ni位点获得最佳电荷平衡态，d带中心位置下移0.35eV，大幅提升OER动力学。

Conclusions

该工作首次提出"铁电极化驱动反应路径动态适配"新策略，通过建立铁电异质结与单原子活性中心的协同调控机制，不仅为理解极化介导的催化增强效应提供理论基础，更为设计高效、可调控的非贵金属OER催化剂开辟了新途径。