摘要：对于电催化研究人员而言，单原子催化剂（如CoN4）的精准建模是揭示氧还原（ORR）、析氢（HER）等反应机理的核心前提。本教程基于Materials Studio软件，提供一套高效、可复现的CoN4模型构建流程，专为吸附能与活性位点研究优化设计，助力从原子尺度

对于电催化研究人员而言，单原子催化剂（如CoN4）的精准建模是揭示氧还原（ORR）、析氢（HER）等反应机理的核心前提。本教程基于Materials Studio软件，提供一套高效、可复现的CoN4模型构建流程，专为吸附能与活性位点研究优化设计，助力从原子尺度解析催化本质。

教程核心价值：

1.靶向吸附研究：通过调控Co-N配位环境（键长1.8-2.0 Å）及基底电子结构，直接关联O₂、OH*等关键中间体的吸附强度，为火山图分析与过电位预测提供可靠模型。

2.实验-计算闭环：模型兼容实验表征数据（如XANES、EXAFS），可逆向指导合成中氮掺杂浓度与Co负载量的优化。

3.高效参数设置：涵盖石墨烯基底构建、氮空位精确刻蚀、Co原子配位优化等关键步骤，避免周期性边界干扰，确保吸附能计算精度。

典型应用场景：

· ORR反应：计算OOH与O与OH在CoN4位点的吸附自由能，定位决速步。

· CO₂还原：分析COOH*中间体的稳定化机制，筛选高效转化路径。

· 活性描述符提取：结合d带中心与Bader电荷，建立电子结构-活性关联模型。

无论您是探索新型单原子催化剂，还是深耕反应机理，均可通过此模型快速搭建理论-实验桥梁。

立即跟随教程构建您的CoN4模型，解锁电催化吸附研究的原子视角！

步骤1：创建石墨烯基底

1.新建工程：打开MS → File → New Project → 命名（如“CoN4_Model”）

→选中左下角CoN4_Model点击鼠标右键→New→3D Atomistic.xsd

2.导入石墨烯：

File → Import → Structures → 搜索Graphite（石墨结构）。

取消对称性，删掉一层碳原子并进行扩胞(6x6x1)处理。

3.添加真空层：右键晶胞→ Lattice Parameters → 设置c轴真空层厚度≥15 Å。

注：改变c轴参数之前检查Advanced确保Keep fractional选项未被勾选。

步骤2：氮掺杂石墨烯基底

替换碳原子为氮：

- 选择石墨烯晶胞中4个对角的碳原子（形成正方形或菱形区域）。

- Shift+左键选中原子→ Modify → Element → 更改为N。

步骤3：创建CoN4配位空位

移除中心碳原子：

- 在4个N原子包围的中心位置选中2个C原子。

- Shift+左键选中原子 → Delete Atoms → 删除该C原子，形成空位。

步骤4：添加Co原子形成CoN4结构

1.放置Co原子：

Sketch atom → 选择Co元素。

将Co原子精确放置在空位中心，与4个N原子形成配位。

2.调整键长：

手动拖动Co原子，确保Co-N键长在1.8-2.0 Å范围内（参考实验值）。

使用Measure/Change工具检查键长（Tools → Bond Length）。

步骤5：导出成CIF文件

File→Export→选择CIF文件并命名为CoN4.cif进行保存即可。

通过以上步骤，您可以在Materials Studio中高效构建CoN4单原子催化模型。如需进一步电子结构计算（如DFT），可将优化后的结构通过VESTA另存为.vasp文件，供VASP或其他量子化学软件使用。

来源：华算科技