过渡金属化合物、杂原子掺杂的碳和分子复合物，无论是用于OER还是ORR，都已通过实验和理论研究得到了深入探讨。
研究表明，OER和ORR作为涉及多个共同中间体(*OH，*O，*OOH)的两个相反过程，其内在活性受到普遍线性标度关系的限制，即这些中间体的吸附能(G*OH，G*O，G*OOH)呈线性相关，难以独立调整。对于各种氧电催化材料，G*OOH与G*OH之间存在一个恒定的能量差(3.2 eV)，这阻碍了特定中间体的选择性优化以实现理想的催化活性。
因此，形成了一个反应能垒-过电位火山图，即OER或ORR催化的火山限制。理解线性标度关系对于加速催化剂筛选至关重要，但在单一催化剂中几乎不可能同时优化两个氧电催化反应的活性，尤其是对于单个催化位点而言。因此，无论是理论上还是实验上，突破单一催化剂在提升OER和ORR活性方面固有的比例关系，以超越火山限制，仍然是一个重大挑战。
近日，新南威尔士大学戴黎明院士、广东工业大学陈旭东和中山大学余丁山等报道了一种新型B介导单金属位点催化剂(金属-C-B)。这种催化剂通过金属-C配位而非传统的金属-N配位，稳定了掺杂B的碳上的原子3d金属(如Co)，并表现出迄今为止最佳的双功能氧电催化性能，提升了Zn-空气电池的性能。
通过在同一碳层中耦合Co-C配位与B掺杂，这一设计通过协同电子效应(Co→C←B)在模型筛选中建立了独特的双功能活性CoC4Bx基团，这些基团通过选择性调节特定中间体，实现了对两种氧反应线性标度关系的同时打破，这与传统的d区M-Nx和M-Cx基团形成了鲜明对比。
因此，CoC4Bx为所有反应中间体提供了接近最优的吸附效果，同时在火山图限制之外实现了OER和ORR过电位的最小化。性能测试结果显示，优化后的CoCB催化剂在10 mA cm-2电流密度下表现出超低的OER过电位(172 mV)，在300 mV过电位下的质量活性达到33941 A g-1，优于商业Ir/C和RuO2；同时，其ORR半波电位(0. 87 V)也更高，质量活性为15873 A g-1，约为商业Pt/C的80倍。
使用CoCB催化剂作为低负载量(0.5 mg cm-2)双功能阴极的Zn-空气电池实现了高的能量密度(1008 mWh gZn-1)、低的充放电电压差(0.62 V)和超长循环寿命(6755次循环/1125小时)。
Boron-activated single-metal-site catalysts break adsorption-energy scaling relations for robust bifunctional oxygen catalysis. Angewandte Chemie International Edition, 2025. DOI: 10.1002/anie.202503936
戴黎明，澳大利亚桂冠学者，新南威尔士大学Scientia教授及SHARP教授，现任澳大利亚先进碳材料中心主任、ARC碳科学与创新卓越中心主任。曾于剑桥大学卡文迪许实验室从事博士后研究，随后在澳大利亚联邦科学与工业研究组织工作十年。曾任阿克伦大学聚合物工程系副教授、代顿大学赖特兄弟研究所纳米材料讲席教授、凯斯西储大学高分子科学与工程系Kent Hale Smith讲席教授。发表SCI论文600余篇，总引用超14万次，谷歌h指数186。出版学术专著及编著6部，包括由Wiley‐VCH编辑的两卷关于碳基金属无催化剂的书籍。入选材料科学和化学领域全球高被引学者。曾获国际材料研究学会联合会Somiya奖、澳大利亚桂冠学者奖、NASA兰利Henry J.E. Reid奖（2018）、先进材料名人堂等重要奖项。
余丁山，中山大学工学博士，教授，博士生导师。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Nat. Nanotech.、Chem Soc Rev、JACS、Angew.、AM、AFM、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。