高密度的原子分散铜位点与近距离的超薄N-化碳纳米板作为有效的氧气减少催化剂
Mengfan Bi1,2, Yongsheng Yao3, Jian Kang1
1Key Laboratory of Materials Physics, Center for Environmental and Energy Nanomaterials, Anhui Key Laboratory of Nanomaterials and Nanotechnology, CAS Center for Excellence in Nanoscience, Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei, Anhui 230031, China.
ACS applied materials & interfaces
|July 22, 2025
概括
我们在化碳纳米片上开发了新的铜单原子催化剂,用于高效的氧降解反应. 这些催化剂在中性和性条件下表现出色,为金提供了有希望的替代品.
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:
- 非贵金属催化剂被寻求作为昂贵的白金组电催化剂的替代品.
- 在原子分散催化剂中控制金属位点的近距离是一个重大挑战.
研究的目的:
- 为了合成和表征与配合的超薄碳纳米片,装饰着密集的单原子铜位点 (Cu SAs/N-CS).
- 评估Cu SAs/N-CS在四电子氧降解反应 (ORR) 中的电催化性能.
主要方法:
- 控制的铜-1H-1,2,4-triazole复合体前体的热解.
- 催化剂结构,铜负载和原子间距离的表征.
- 在中性和性介质中对氧降解反应 (ORR) 的电化学评估.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明催化机制.
主要成果:
- 成功合成了Cu SAs/N-CS,具有较高的铜负载 (3.17重量%) 和较短的原子间距离 (∼3.1 Å).
- 通过0.68V (中性) 和0.91V (性) 的半波电位与RHE相比,实现了优异的ORR催化性能.
- 证明了长期稳定性,在中性中与商业Pt/C竞争,在性电解质中表现优于它.
结论:
- 密集的Cu活性位点促进有效的四电子 (4e-) ORR,模仿多铜氧化酶.
- 短距离Cu位点的接近通过向上移动d频段中心并降低ORR激活屏障来增强催化活性.
- SAS/N-CS为ORR提供了一个高效和稳定的非贵金属电催化剂.
