Angew：Cu/Zn双金属单原子协同氧还原

纳米技术

2021-03-31

双金属单原子催化剂能够在ORR催化反应中表现更高的催化反应活性，但是其中双金属位点之间的相互作用并未得到很好的理解，有鉴于此，黑龙江大学付宏刚、王蕾等报道了一种在掺N的碳基底上修饰了Cu-N₄、Zn-N₄两种单原子催化剂位点，在ORR催化中展示了较高的性能。这种较高性能通过双催化剂位点之间的协同作用导致。

本文要点：

（1）

合成。首先合成了Cu/Zn-ZIF，其中Cu/Zn的比例为1:9。通过在N₂气氛中将CuZn-ZIF进行热解，合成Cu-N₄/Zn-N₄催化剂。

（2）

催化活性。该催化剂的ORR催化活性显示，E_onset起始电势为0.98 V，半波电位0.83 V，具有优异的循环稳定性，在10000次循环过程中未见活性衰减。催化剂的活性比高性能Pt/C催化剂、非Pt单原子催化剂的活性都更高。

（3）

催化剂表征。通过Operando XANES表征，揭示了Cu-N₄位点是催化活性位点。该催化位点在单原子分散条件中，在催化反应中Cu-N₄和Zn-N₄发生协同作用变为簇状，随后催化反应结束后重新转变为单原子分散结构。

（4）

DFT计算。通过DFT计算，验证了Zn催化位点影响了Cu催化位点的d轨道电子排布，促进了Cu催化位点上的O-O键切断，通过降低反应能垒提高了OOH*决速步骤的反应速率。

参考文献

Miaomiao Tong, Fanfei Sun, Ying Xie, Ying Wang, Yuqi Yang, Chungui Tian, Lei Wang*, Honggang Fu*, Operando Cooperated Catalytic Mechanism of Atomically Dispersed Cu‐N4 and Zn‐N4 for Promoting Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202102053

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202102053