配位結構和表面的親水疏水微環境共同提高了單原子粒子的電催化性能。
第壹作者:孫靜、薛輝。
通訊員:張*、吳黎敏*、秦王*
單位:內蒙古大學
研究背景
近年來，單原子催化劑因其高金屬利用率、獨特的結構和電子特性而成為研究熱點。由於單原子與其配位原子之間的強相互作用，SACs的局部配位環境，包括配位數和配位原子的類型，將對單原子的催化活性和穩定性產生重要影響。另外，在電催化反應過程中，反應物、中間體和產物都是通過界面微環境向催化劑表面或電解質擴散的，催化劑的界面微環境結構對其內部反應和傳遞過程有著非常重要的影響。
文章介紹
鑒於此，內蒙古大學教授團隊教授研究組與大連化學研究所張研究員合作，開發了壹種獨特的N、P雙配位鐵基單原子催化劑，表現出優異的電催化氧還原反應性能。本文通過對離子液體的處理，在Fe-N4結構中引入次級P原子，調整Fe-N4物種的配位結構和局域電子結構。離子液體的引入不僅可以增強催化劑表面的疏水性，形成離子液體保護層，有效調節催化劑反應界面的微環境，還可以顯著提高催化活性和穩定性。
圖1。催化劑的合成方法和形態。
這篇文章的要點
要點壹:通過雜原子摻雜調整單個原子的配位環境，可以有效提高ORR活性。目前，合成單原子的常用策略是在高溫下熱解雜原子摻雜的MOF前體。這種方法可能會影響單原子的形成，並且這種方法的靈活性和普適性受到熱解溫度和金屬負載量的嚴重制約。本研究開發了壹種簡單的離子液體處理方法。將Fe-N4 SAC催化劑浸入疏水性離子液體中，成功調節SACs的配位環境，形成Fe-N2P不飽和配位結構。
圖二。催化劑的配位結構、成鍵和空位分析。
要點二:O2在離子液體層中較高的溶解度有利於驅使O2向催化劑活性位擴散，提高活性位利用率，從而提高ORR性能。離子液體相可以代替水相作為反應介質，可以保護催化劑免受外界氧化或中毒，有效提高催化劑的穩定性。
圖3。催化劑電催化性能的研究。
要點三:密度泛函理論的計算結果表明，Fe-N2P的混合配位和N空位的形成使更多的電子富集在Fe單原子的活性位周圍，有利於OOH*中間體的形成，從而提高了催化劑的反應動力學。
圖4。催化劑的理論計算。
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