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?青科大王磊AEM:Fe, P-DAS@MPC實現(xiàn)高效ORR

?青科大王磊AEM:Fe, P-DAS@MPC實現(xiàn)高效ORR由氮配位過渡金屬(TM-N-C)組成的單原子催化劑(SACs)在氧還原反應(ORR)中具有優(yōu)異的性能,但涉及多個中間體的反應,單原子位點無法優(yōu)化所有中間體的吸附。
基于此,青島科技大學王磊教授(通訊作者)等人報道了一種在多模態(tài)多孔碳(MPC)中構建Fe, P雙原子位點(Fe, P-DAS@MPC)的策略,并證明了其可協(xié)同提高ORR性能。Fe, P-DAS@MPC表現(xiàn)出良好的ORR性能,其起始電位(Eonset=1.02 V)和半波電位(E1/2=0.92 V)都為正。
此外,基于Fe, P-DAS@MPC的Zn-空氣電池具有230 mW cm?2的峰值功率密度和超過500 h的恒流循環(huán)穩(wěn)定性。
?青科大王磊AEM:Fe, P-DAS@MPC實現(xiàn)高效ORR
通過DFT計算,作者研究了原子分布的Fe和P原子的反應機理和協(xié)同催化作用。作者構建了不同的Fe-P雙原子位點構型,P原子與不同數量的N原子配位,優(yōu)化了Fe-P雙原子位點的代表性原子構型的形成能。其中,能量上最有利的構型包括FeN3-PC2N、FeN3-PCN2和FeN3-PN3雙原子位點。
此外,作者還構建了具有單個核FeN4位點的Fe SAs的原子構型作為比較模型。P原子容易強烈吸附O原子,因此優(yōu)化了ORR中間體在O*預吸附的FeN3-PC2N、FeN3-PCN2和FeN3-PN3表面的吸附構型。
?青科大王磊AEM:Fe, P-DAS@MPC實現(xiàn)高效ORR
鑒于P位點上O*的去除在能量上不利,假設Fe位點是ORR中間體(OOH*、O*和OH*)的潛在位點。當O原子整合到P位時,ORR中間體通過第二配位球中的不同氫鍵網絡吸附在雙原子位點上。
需注意,在活性位點的支架中加入O原子,通過第二球氫鍵相互作用來增強催化反應。優(yōu)化后的計算模型表明,在雙原子位點下,P位點和Fe位點之間存在適當的氫鍵基團的協(xié)同催化作用。
?青科大王磊AEM:Fe, P-DAS@MPC實現(xiàn)高效ORR
Promoting Oxygen Reduction Reaction on Atomically Dispersed Fe Sites via Establishing Hydrogen Bonding with the Neighboring P Atoms. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203611.
https://doi.org/10.1002/aenm.202203611.

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