氧還原反應（ORR）被認為是電化學和催化領域最重要的電極反應之一，在各種可持續能源系統中發揮著不可替代的作用。單原子催化劑（SAC）具有許多獨特的特性，例如卓越的催化性能、最大化的原子利用效率和精確定制的結構，作為貴金屬催化劑的可行候選者顯示出巨大的潛力。
近日，中科院化學所Dong Wang通過電化學掃描隧道顯微鏡 (ECSTM) 在分子尺度上研究了原子碘對氧還原反應 (ORR) 中 Fe-N4 位點的軸向配位效應。
文章要點
1）研究人員通過在 I 修飾的 Au(111) 表面上自組裝鐵 (II) 酞菁 (FePc)，輕松構建了一個具有明確和均勻碘配位 Fe-N4 位點的定義明確的模型催化系統。
2）軸向碘配體顯著增強了 FePc 對 ORR 的電催化活性。軸向碘調節 Fe 位點的電子結構以產生更高的自旋構型。由于碘配體的存在，氧物種與活性中心之間的相互作用強度變弱，反應在熱力學上更有利。
3）此外，通過原位 ECSTM 電位脈沖實驗明確確定了 FePc 在 I/Au(111) 上的反應動力學。相反，軸向原子碘對提高 Co-N4 位點的活性無效，并且電子重排被發現是邊緣性的，這表明軸向配體和金屬位點之間的充分相互作用以優化電子結構和催化行為是軸向配體發揮有效作用的先決條件。
參考文獻
Xiang Wang, et al, Molecular Evidence for the Axial Coordination Effect of Atomic Iodine on Fe-N4 Sites in Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202413673
DOI: 10.1002/anie.202413673
https://doi.org/10.1002/anie.202413673
