Angew. Chem. :FeMn团簇修饰的单原子Mn位点用于高效氧还原

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开发廉价而高效的氧还原(ORR)催化剂对实现燃料电池和锌-空气电池的大规模应用具有重要意义。其中,单原子催化剂由于高的催化活性和原子利用率以及可塑性强而备受关注。最近研究表明,单原子位点与原子团簇的耦合结构,利用原子团簇与单原子活性位点之间的强相互作用,诱导单原子活性位点的电子重排,优化ORR中间体的吸附/解吸过程,从而促进催化活性的提升。然而,目前的报道大多集中在单原子活性位点与具有相同金属中心的原子团簇的结合,而关于原子团簇与具有不同金属中心的单原子活性位点的协同作用促进单原子金属活性位点本征活性的研究则鲜有报道。


近日,来自湖南大学的韩磊教授、王双印教授和上海高等研究院的李丽娜研究员合作,报道了首先通过低温预处理得到富含缺陷的结构,进一步通过离子吸附和高温原子重构过程得到FeMn团簇修饰的单原子Mn位点用于高效氧还原反应



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利用CdMn-PPD双金属有机物配合物作为模板,通过低温热解预处理获得具有孔结构和丰富缺陷的Mn-DNC,为后续的Fe离子吸附过程提供了大量的吸附位点,并进一步通过二次高温热解处理得到FeMnac/Mn-N4C。


球差电镜和同步辐射结果证实了通过Mn-N4配位键合到FeMn原子团簇形成单原子Mn位点(FeMnac/Mn-N4C)。同时,DFT理论模拟计算结果也表明FeMn原子团簇的存在有效地改变了Mn-N4位点的电子结构,有利于在ORR过程中分子O2的吸附和O-O键的断裂,从而促进ORR的动力学过程。

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得益于上述结构特点,FeMnac/Mn-N4C催化剂在酸性和碱性介质中均表现出优异的ORR活性(在碱性和酸性介质中的半波电位分别为0.90和0.79 V vs RHE),均优于单分散的Fe-N5C和 Mn-N5C催化剂。该工作为同时优化配位环境和电子结构以提高催化剂的本征活性提供了一种新策略。

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文信息

Decorating Single-Atomic Mn Sites with FeMn Clusters to Boost Oxygen Reduction Reaction

Heng Liu, Luozhen Jiang, Javid Khan, Xinxin Wang, Jiamin Xiao, Handong Zhang, Haijiao Xie, Lina Li, Shuangyin Wang, and Lei Han


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214988




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