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【DFT+实验】北化工/高能所Nano Lett.：首次报道！Fe-SACs促进QD光伏中多硫化物氧化还原

时间：2023-07-06 来源： 浏览：

【DFT+实验】北化工/高能所Nano Lett.：首次报道！Fe-SACs促进QD光伏中多硫化物氧化还原

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开发经济高效的多硫化物氧化还原阴极，对先进量子点（QD）光伏技术的发展至关重要。基于此， 北京化工大学汪乐余教授和张立鹏博士、中科院高能物理研究所马陈燕等人 首次证明了氮掺杂碳（N-C）壳负载铁单原子催化剂（Fe-SACs）能够催化QD光伏中的多硫化物还原。具有FeN 4 活性位点的Fe-SACs对ZnCuInSe-QD光伏（AM1.5G, 100 mW/cm 2 ）的功率转换效率为13.7%，是ZnCuInSe-QD光伏的最高值，优于Cu-SACs和N-C催化剂。
通过DFT计算，作者研究了SACs（FeN 4 和CuN 4 ）对SRR的内在活性。由于S 4 2− 阴离子需要被催化剂吸附，作者计算了催化剂吸附的S 4 2− 的电子性质。吸附的S 4 2− 阳离子与FeN 4 催化剂之间的电子转移比CuN 4 或N-C催化剂之间的电子转移要多得多，表明Fe原子很容易将电子转移到配位的N原子上。
电子转移的增强有助于S原子与活性位点之间形成键，同时有利于活化吸附的S 4 2− 中的S-S键，从而促进多硫化物的还原过程。因此，FeN 4 SAC比N-C和CuN 4 SAC更容易吸附S 4 2− 阴离子。
此外，Bader电荷密度分析显示，Fe原子比Cu或C原子具有更多的正电荷。反应自由能为-1.06 eV的FeN 4 催化剂更有利于吸附S 4 2− 离子，远低于N-C催化剂或CuN 4 SAC。由于反应自由能低，在FeN 4 催化剂上的反应步骤也很有利。因此，S 2− 离子是FeN 4 催化剂上的优选产物。结果表明，FeN 4 对多硫化物的还原具有较高的催化活性。
Fe Single Atom Catalysts Promoting Polysulfide Redox Reduction in Quantum Dot Photovoltaics. Nano Lett., 2023 , DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01064.

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