2023年10月18日，J. Mater. Chem. A在线发表了香港量子人工智能实验室
陈冠华教授和加州理工学院WilliamA. Goddard III
课题组的研究论文，题目为《Reaction mechanism and kinetics of oxygen reduction reaction on the iron–nickel dual atom catalyst
》。
氧还原反应
（ORR）
是许多电化学能量转换装置的关键过程，双原子催化剂
（DACs
）
是近年来发展起来的一种有前途的高活性催化剂。
然而，DACs
的ORR
机理
和动
力学
尚未确定
。
在此研究中，为了解决这个问题，作者
采用了具有CANDLE溶剂化的巨正则势动力学（GCP-K）
。
计算了ORR和析氢反应（HER）中间体（OO*、OOH*、O*、OH*和H*）的自由能和巨正则势的行为及其在恒定电荷下的相应过渡态，并将其转换为
自由能随
施加电势的变化，
以预测铁-镍DAC（FeNiN
6
-DAC）上ORR（通过缔合路径）和竞争HER的电流密度随施加电势的变化。
研究发现
ORR的Tafel斜率为
281 mV de
c
−1
，与
电流密度为−1.7 mA cm
−2
时的
实验Tafel斜率为
169 mV de
c
−1
相当
。
FeNiN
6
-DAC上ORR反应中间体的浓度随所施加电势的变化表明，在电势＞0.25 V vs. RHE时，主要中间体是OH*。
在每个质子转移步骤中，Fe活性位点的电荷转移和自旋密度达到最大值
。
Fe位点上3d轨道的态密度
表明3
d
x2
−y2
轨道接近
费米能级，而3
d
z2
轨道和费米能级的位置沿着
OO*-
OOH*
的第一反应步骤达到最小
。这项研究结果对DACs上ORR基本方面的深入了解为高效催化剂的设计提供了指导。
图8 ORR中间体的浓度
Tamtaji, M., Li, Y., Cai, Y
. et al.
Reaction mechanism and kinetics of oxygen reduction reaction on the iron–nickel dual atom catalyst
.
J. Mater. Chem. A
,
2023
,
11, 25410-25421
. https://doi.org/
10.1039/D3TA05694E
【其他相关文献】
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Bai, L., Hsu, CS.,
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2021
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https://doi.org/10.1038/s41467-021-21919-5
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