在原子分散的FeN4电催化剂中引发了轴性引发的电子移位,用于改善过氧化耐受性的氧降解反应
Palani Sabhapathy1, Puttikam Raghunath2, Amr Sabbah1,3,4
1Center for Condensed Matter Sciences, National Taiwan University, Taipei, 10617, Taiwan.
在添加碳 (Fe-NC) 上的原子分散的铁位点是氧降解反应 (ORR) 的有希望的催化剂. 轴性修饰 (Cl-Fe-NC) 通过抑制有害的副作用来增强ORR活性和稳定性在酸性介质中.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 在添加碳 (Fe-NC) 上的原子分散的铁位点是氧降解反应 (ORR) 的领先的Pt-组无金属催化剂.
- 由于氧化腐蚀和酸性电解质中的芬顿反应,Fe-NC催化剂的活性和稳定性受到限制.
- 在酸性条件下开发强大高效的Fe-NC催化剂用于ORR仍然是一个重大挑战.
研究的目的:
- 调查轴向修饰对Fe-NC电催化剂ORR性能和稳定性的影响.
- 阐明结合影响Fe-NC电子结构和催化活性的机制.
- 展示一种提高H2O2耐受性和Fe-NC催化剂在酸性介质中ORR的内在活性的策略.
主要方法:
- 轴向改性Fe-NC (Cl-Fe-NC) 电催化剂的合成.
- 电化学表征包括循环电压测量,旋转盘电极 (RDE) 测量,以及现场电化学阻抗光谱 (EIS).
- 用X射线吸收光谱 (XAS) 进行结构分析和密度功能理论 (DFT) 计算以获得机械洞察力.
主要成果:
- Cl-Fe-NC表现出优异的ORR活性,其高半波潜力 (E1/2) 为0.82V与RHE,可与Pt/C相比,优于Fe-NC (E1/2=0.79V与RHE).
- XAS证实了轴向融入FeN4活性位点,DFT计算显示了移位的电子密度和优化的OH*吸附.
- 与Fe-NC相比,Cl-Fe-NC显示出明显抑制的芬顿反应活性和增强的H2O2耐受性,表明改善了内在ORR活性和稳定性.
结论:
- 轴性修饰是一种有效的策略,可以提高Fe-NC电催化剂在酸性介质中的ORR活性,稳定性和H2O2耐受性.
- 将纳入FeN4位点优化了电子结构,从而改善了催化动力学和直接的四电子转移通路.
- Cl-Fe-NC 是贵金属催化剂的有希望的替代品,用于各种电化学应用,包括燃料电池.
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