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李煜璟/黄勃龙EES：双位点设计起大作用！Fe位点促进单原子催化剂中Co位点电催化OER活性

时间：2023-03-25 来源： 浏览：

李煜璟/黄勃龙EES：双位点设计起大作用！Fe位点促进单原子催化剂中Co位点电催化OER活性

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目前，析氧反应(OER)电催化剂的开发仍然是一个挑战。近年来，大量的非贵金属催化剂用于碱性环境下的电催化，主要包括钴基、镍基和铁基材料。其中，Co-Fe双金属催化剂在碱性条件下具有较高的OER活性通常与表面金属活性位点的参与有关，识别Fe和Co之间的协同效应，对于全面了解反应机理和设计新型高效双金属基催化剂至关重要。
然而，由于复杂的催化界面和有限的监测方法的限制，双活性位点在电催化过程中的协同机制仍不能的到有效探索，与催化过程中Co/Fe双金属位点变化相关的真正催化机制尚不明确。
基于此， 北京理工大学李煜璟 和 香港理工大学黄勃龙 等采用反胶束组装热解策略，成功制备了Co/Fe双金属位催化剂，其具有优异的OER性能。
性能测试实验结果表明，在1.0 M KOH溶液中，优化后的Co/Fe-NC800催化剂在10 mA cm −2 电流密度下的OER过电位低至240 mV，质量活性为3.51 mA cm −2 g −1 ，优于大多数文献报道的双金属原子催化剂。
此外，通过旋转环圆盘电极(RRDE)方法进一步研究了Co/Fe-NC800催化OER途径。结果显示，Co/Fe-SNC800上有一个主要的4e − OER途径，表明Co/Fe双原子位点加速了H 2 O 2 的转化，消除了2e − OER途径以促进O 2 的选择性生成。
通过实验系统地研究了催化活性增强的机理，团队发现Co位点可以将初始反应物激活为中间物种，Fe与Co之间的电子偶联不仅降低了氧对铁位点的吸附，而且加速了CoOOH活性物质的形成。同时，Fe位点起到辅助作用，加速中间物种CoOOH转化为最终产物。
此外，密度泛函理论(DFT)计算揭示了Fe和Co位点之间的d-d轨道耦合引起的优化电子结构，提高了中间物质的电活性，维持了OER过程中活性位点的稳健价态。因此，Fe和Co SA位点的协同效应导致OER对Co/Fe-SNC的过电位显著降低。
这项工作强调了Fe位点对提高Co/Fe双金属催化剂的OER活性的关键作用，也为精确调控双金属位点的协同效应提供了策略。
Adjacent Fe Site Boosts Electrocatalytic Oxygen Evolution of Co Site in Single-Atom-Catalyst through a Dual-Metal-Site Design. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D2EE03930C
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