質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是燃燒傳能源的發(fā)動(dòng)機(jī)最有前途和最有效的替代品之一。然而，氧還原反應(yīng)(ORR)由于其有限的動(dòng)力學(xué)和高過電位而影響著整體性能。FeN4單原子位點(diǎn)(SAS)對氧還原反應(yīng)(ORR)具有高活性，通過設(shè)計(jì)局部配位環(huán)境和FeN4位點(diǎn)密度對于進(jìn)一步提高電催化ORR性能至關(guān)重要。基于此，大連理工大學(xué)石川和內(nèi)蒙古大學(xué)高瑞等將第二種金屬M(fèi)n與Fe結(jié)合以構(gòu)建具有增強(qiáng)的FeN4活性位點(diǎn)密度和調(diào)制電子結(jié)構(gòu)的Fe&Mn/NC催化劑。Fe&Mn/NC催化劑在堿性和酸性溶液中均表現(xiàn)出增強(qiáng)的ORR性能。其在堿性條件下的起始電位(Eonset)為1.015 V，半波電位(E1/2)為0.904 V，優(yōu)于Fe/NC(Eonset= 0.996 V，E1/2=0.880 V)和Mn/NC(Eonset=0.911 V，E1/2=0.760 V)；在酸性條件下起始電位為0.948 V，半波電位為0.781 V。此外，F(xiàn)e&Mn/NC在0.6 VRHE的恒定電位下連續(xù)運(yùn)行10000秒，仍保留其初始電流密度的77%，這比消耗其初始電流密度40%的Fe/NC催化劑要好得多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，在形成的FeN4-O-MnN4構(gòu)型中，MnN4的存在調(diào)節(jié)了Fe的局部環(huán)境并保留了更多嵌入碳基底的Fe原子；FeN4-O-MnN4的優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)有利于O2*的質(zhì)子化以及Mn和Fe之間的協(xié)同效應(yīng)導(dǎo)致ORR反應(yīng)的整體能壘在FeN4-O-MnN4上明顯降低，導(dǎo)致催化劑表現(xiàn)出高的ORR性能。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化雙金屬位點(diǎn)以提高ORR電催化劑的催化性能提供了新的策略。
Engineering the Local Coordination Environment and Density of FeN4 Sites by Mn Cooperation for Electrocatalytic Oxygen Reduction. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202200911
