具有金屬-氮-碳(M-N-C)構(gòu)型的過渡金屬單原子電催化劑(SAC)在析氧反應(OER)中顯示出巨大的潛力,其中必須允許自旋相關電子沿著反應物(OH/H2O,單線態(tài)自旋態(tài))轉(zhuǎn)移)和產(chǎn)物(O2,三重態(tài)自旋態(tài))。因此,必須調(diào)節(jié)M-N-C中的自旋構(gòu)型以增強自旋敏感的OER能量,但這仍然是一個重大挑戰(zhàn)。
在此,北京大學侯仰龍教授,Yufeng Zhao報道了通過在Fe-N-C結(jié)構(gòu)中引入主族元素(Mg)引起的中低自旋躍遷的局部場畸變,并解碼了增強OER活性的潛在起源。
文章要點
1)研究人員發(fā)現(xiàn),Mg2+和Fe2+之間較大的離子半徑不匹配會引起FeN4面內(nèi)方形局部場變形,從而觸發(fā)Fe2+從中間自旋(dxy2dxz2dyz1dz21,2.96 μB)到低自旋(dxy)的有利自旋躍遷。2dxz2dyz2,0.95 μB),從而用所需的吉布斯自由能調(diào)節(jié)基本步驟的熱力學。
2)所獲得的Mg/Fe雙位點催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性,在10 mA cm-2下的過電勢為224 mV,在10 mA cm-2下的整體水分解電解電壓僅為1.542 V,優(yōu)于其他最先進的過渡金屬SAC催化劑。
參考文獻
Jing Zhang, et al, Improving Electrocatalytic Oxygen Evolution through Local Field Distortion in Mg/Fe Dual-site Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202314303
DOI: 10.1002/anie.202314303
https://doi.org/10.1002/anie.202314303