Adv. Sci.:理論計算+實驗!揭示雙功能Fe基BSAC中Fe與過渡金屬協同效應的差異 2023年10月3日 上午12:31 ? 頭條, 百家, 頂刊 ? 閱讀 24 異核二元金屬單原子催化劑(BSAC)具有顯著的電荷密度梯度和較大的局部轉矩,具有較強的催化性能和多功能性能。Fe SAC是最有前途的ORR電催化劑之一,進一步揭示Fe與其他3d過渡金屬之間的協同作用對于提高FeM BSAC的雙功能性能非常重要。 然而,系統地揭示雙功能性能與各種組分之間的對應關系的工作很少,特別是對于前過渡金屬。另一大挑戰是原子分散的原子不僅由于熱力學的不穩定性而趨向于聚集,這導致合成一系列Fe基BSAC的障礙和失效。此外,雙金屬中心與雙功能反應的機制途徑之間的相關性尚未被詳細研究,這限制了Fe基BSACs的實際應用。 近日,海南大學田新龍、鄧培林和吳道雄等首次用密度泛函理論(DFT)計算了FeM BSACs (M =前過渡金屬(Sc,Ti,V,Cr)和后過渡金屬(Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)的雙功能ORR和OER活性,揭示了FeM-N6模型對Fe位點協同效應的巨大差異,并與前和后過渡金屬建立了火山關系。 理論計算結果表明,與FeFe-N6C相比,Fe和M(M = V,Mn,Co,Ni,Cu和Zn)的組合減弱了O和OH中間體在Fe位點上的吸附,這不僅導致更大的ΔG*OH和增強的ORR活性,而且導致合適的ΔG*O-ΔG*OH值和OER,以及雙功能活性。因此,FeM-N6C中的主要活性中心是Fe,FeV-、FeMn-、FeCo-、FeNi-、FeCu-和FeZn-N6C上由于Fe和M原子的協同作用,通過調節反應中間體的吸附自由能,可以獲得增強的雙功能活性。 此外,采用活字印刷法合成了10種具有代表性的高密度分離原子FeM-NC,其中C3N4具有6個長電子對以穩定金屬離子作為金屬前體,而含有大量氨基和羥基的多巴胺可以結合異核原子對,進一步錨定金屬原子。電化學數據表明,前過渡金屬對FeM-NC的雙功能活性有不良影響,而后過渡金屬對FeM-NC的雙功能活性有促進作用,這與DFT計算結果相吻合。 值得注意的是,在最佳的FeCu-NC催化劑上,ORR與OER之間的電壓間隙為0.63 V,并且在鋅-空氣電池水平上顯示出231 mW cm-2的功率密度和高的循環穩定性。綜上,該項工作不僅為合理設計有效的FeM雙功能電催化劑提供了理論依據,而且為雙功能氧電催化劑新催化劑的篩選提供了一種新的方法。 Understanding the Bifunctional Trends of Fe-Based Binary Single-Atom Catalysts. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202301566 原創文章,作者:Gloria,如若轉載,請注明來源華算科技,注明出處:http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/03/008813d361/ 催化 贊 (0) 0 生成海報 相關推薦 錢濤/周金秋/曹宇鋒AFM:溫度自調節水凝膠助力安全鋅離子電池! 2022年9月22日 ?華理ACS Catal.: 電解質調控界面氫鍵環境,促進酸性CO2電解 2024年7月22日 ?中南紀效波ACS Nano:定制Li+動力學和界面氟化以獲得穩定的固體鋰電池 2023年11月23日 ?賀艷兵/柳明EEM:多功能界面層設計,實現室溫穩定固態鋰金屬電池! 2022年10月8日 最新Nature:像紙一樣折疊!柔性太陽能電池煥發新生! 2023年10月6日 MOF,2023年首篇Nature! 2023年10月15日