ACS Catal：邻近吡咯N掺杂改善FeN4位点ORR催化活性

纳米技术

2021-05-11

达到原子级分散程度的FeN₄催化剂被认为能够有望替代Pt基催化剂用于ORR催化反应，但是由于结构对称性，导致FeN₄催化剂面临着O₂活化反应动力学速率缓慢的缺点。有鉴于此，台湾同步辐射研究中心詹丁山、中南大学刘敏等报道了一种在FeN₄位点附近引入N原子（包括吡咯N原子（PN）、石墨N原子（GN））作为电子受体，从而调控FeN₄催化位点的电荷分布，改善ORR催化活性。催化性能对比发现，在FeN₄位点附近引入吡咯N原子位点，ORR性能得以显著改善。DFT计算结果显示，吡咯N原子显著改善电子重新分布、局部电场分布，产生的效果比石墨N原子、未加入吡咯/石墨N原子的情况好。

本文要点：

（1）

作者通过同步辐射XAS光谱、XPS光谱，揭示了由于吡咯N原子修饰，FeN₄位点中的Fe原子上的正电荷发生累积，从而显著改善了ORR催化活性，在0.1 M KOH进行ORR催化，半波电位达到0.91 V，Tafel斜率达到58 mV dec^-1。

（2）

本文研究结果未设计和改善单原子催化剂提供经验，提供了一种调节电荷分布位点改善单电子位点催化活性的方法。

参考文献

Yiyang Lin, Kang Liu, Kejun Chen, Yan Xu, Hongmei Li, Junhua Hu, Ying-Rui Lu, Ting-Shan Chan*, Xiaoqing Qiu, Junwei Fu, and Min Liu*, Tuning Charge Distribution of FeN₄ via External N for Enhanced Oxygen Reduction Reaction, ACS Catal. 2021, 11, 6304–6315

DOI: 10.1021/acscatal.0c04966

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04966