La estructura de coordinación y el microambiente hidrófilo e hidrófobo de la superficie mejoran conjuntamente el rendimiento electrocatalítico de las partículas de un solo átomo.
Primer autor: Sun Jing, Xue Hui.
Corresponsales: Zhang*, Wu Limin*, Qin Wang*
Unidad: Universidad de Mongolia Interior
Antecedentes de la investigación
En los últimos años , catalizadores de un solo átomo Se ha convertido en un punto de investigación debido a su alta utilización de metales, estructura única y propiedades electrónicas. Debido a la fuerte interacción entre un solo átomo y sus átomos coordinadores, el entorno de coordinación local de los SAC, incluido el número de coordinación y el tipo de átomos coordinantes, tendrá un impacto importante en la actividad catalítica y la estabilidad del átomo individual. Además, durante el proceso de reacción electrocatalítica, los reactivos, intermedios y productos se difunden a la superficie del catalizador o al electrolito a través del microambiente de interfaz. La estructura del microambiente de interfaz del catalizador tiene un impacto muy importante en su reacción interna y proceso de transferencia.
Introducción al artículo
En vista de esto, el grupo de investigación de profesores de la Universidad de Mongolia Interior colaboró con el investigador Zhang del Instituto de Química de Dalian para desarrollar un hierro único de doble coordinación N, P. Catalizador atómico único basado en, que muestra un excelente rendimiento de reacción de reducción de oxígeno electrocatalítica. En este artículo, mediante el tratamiento de líquidos iónicos, se introducen átomos de P secundarios en la estructura de Fe-N4 para ajustar la estructura de coordinación y la estructura electrónica local de las especies de Fe-N4. La introducción de líquidos iónicos no solo puede mejorar la hidrofobicidad de la superficie del catalizador, formar una capa protectora de líquidos iónicos y ajustar eficazmente el microambiente de la interfaz de reacción del catalizador, sino que también puede mejorar significativamente la actividad catalítica y la estabilidad.
Figura 1. Métodos de síntesis y formas de catalizadores.
Puntos clave de este artículo
Punto 1: Ajustar el entorno de coordinación de átomos individuales mediante el dopaje de heteroátomos puede mejorar eficazmente la actividad de ORR. Actualmente, la estrategia común para sintetizar átomos individuales es pirolizar precursores de MOF dopados con heteroátomos a altas temperaturas. Este enfoque puede afectar la formación de átomos individuales, y la flexibilidad y generalización de este enfoque están severamente limitadas por la temperatura de pirólisis y la carga del metal. Este estudio desarrolló un método simple para manipular líquidos iónicos. El catalizador Fe-N4 SAC se sumergió en el líquido iónico hidrófobo y el entorno de coordinación de los SAC se ajustó con éxito para formar una estructura de coordinación insaturada de Fe-N2P.
Figura 2. Estructura de coordinación, vinculación y análisis de vacantes de catalizadores.
Punto 2: La mayor solubilidad del O2 en la capa de líquido iónico favorece la difusión del O2 al sitio activo del catalizador, mejorando la utilización del sitio activo y mejorando así el rendimiento de la ORR. La fase de líquido iónico puede reemplazar la fase de agua como medio de reacción, lo que puede proteger el catalizador de la oxidación externa o el envenenamiento y mejorar eficazmente la estabilidad del catalizador.
Figura 3. Estudio sobre el rendimiento electrocatalítico de catalizadores.
Punto 3: Los resultados del cálculo de la teoría funcional de la densidad muestran que la coordinación mixta de Fe-N2P y la formación de vacantes de N enriquecen más electrones alrededor de los sitios activos de los átomos individuales de Fe, lo que es beneficioso para el OOH. *La formación de intermedios, mejorando así la cinética de reacción del catalizador.
Figura 4. Cálculos teóricos de catalizadores.
Enlace del artículo
Sitio web del grupo de investigación: /groups/Qinwang/