顕微鏡およびスペクトロ電気化学EPRおよびMössbauer方法によって識別されたFeNC触媒の可逆リドックス活性鉄酸化物構造

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• カタリシス

背景:

• 鉄-窒素-炭素 (FeNC) 触媒の活性部位を特定することは,酸素還元反応 (ORR) を進めるために極めて重要です.
• 触媒の準備,貯蔵,電気化学サイクル中の活性サイト変換を理解することは大きな課題です.

研究 の 目的:

• 高性能FeNC触媒における鉄中心の構造,調整,酸化/スピン状態を調査する.
• 貯蔵,電極の準備,電気化学のサイクル中の鉄の場所の可逆的および不可逆的な変化を明らかにする.

主な方法:

• 構造分析のための高解像度伝送電子顕微鏡 (TEM).
• 詳細な鉄中心の特徴化のためのFe Mössbauerと電子パラマグネティック共振 (EPR) スペクトロスコピー.
• 補完的なスペクトロ電気化学のMössbauerとEPRは,in-situ分析のための方法である.

主要な成果:

• 準備されたFeNC材料は,均等に分散した孤立したまたは少数の原子の鉄部位を示します.
• MössbauerとEPRは,高スピンFe (III) とFe (II) と,中間のスピンFe (II) を含む様々な鉄種を異なる調整で特定した.
• 酸素曝露によりFe (II) からFe (III) の酸化が誘発され,鉄の分布が変化し,酸化鉄ナノ粒子が形成された.
• 適用されたポテンシャルは,構造的保持を示唆する,集群および孤立したサイトで,可逆的なFe (III) からFe (II) の減少を引き起こした.

結論:

• FeNC触媒は複雑な鉄の種化と調整環境を示しています.
• 酸素への曝露は,鉄部位の整合性と分布に大きな影響を及ぼします.
• 電気化学的循環は,鉄の酸化状態の可逆的な変化を誘導し,触媒の安定性を示唆する.