ACS Catal.: 单原子催化剂上的非常规氧还原反应机理及线性关系

雨辰

2020-03-24

通常电化学氧还原反应（ORR）机理一般被认为是O₂→OOH*→O*→OH*→H₂O（O*机理）。这种O*机制预测了Co/N/C的合理ORR半波电位（E_1/2），但异常低估了Fe/N/C的半波电位（E_1/2）。

有鉴于此，新加坡南洋理工大学李述周教授等人合作，提出了一个非常规的2OH*的ORR机制（O₂→OOH*→2OH*→OH*→H₂O）。

本文要点

1）根据著名的线性关系：2ΔG（OH*）=ΔG（O*），由于2OH*和O*的自由能（ΔG）相等，导致该机制通常被忽略。这种线性关系适用于具有近连续活性中心的传统催化剂。

2）他们还发现了一个不同的线性关系：在单原子催化剂（Me/N/C，Me=Fe，C_O等）上，ΔG（2OH*）=ΔG（O*）+1.5ev，表明2OH*机理不容忽视。

3）同时考虑O*和2OH*机理进行计算，Co/N/C和Fe/N/C的ORRE_1/2值与实验结果吻合较好。

总之，该工作揭示了单原子催化中ORR反应机理和标度关系的结构依赖性，对单原子催化剂上的氧析出反应和氮还原反应也具有借鉴意义。

参考文献：

Lixiang Zhong et al. Unconventional Oxygen Reduction Reaction Mechanism and Scaling Relation on Single-Atom Catalysts. ACS Catal., 2020.

DOI: 10.1021/acscatal.0c00815

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c00815