CuCo双原子催化剂对ORR、OER和HER的配位壳依赖活性

3个月前 (12-30) 0 点赞 0 收藏 0 评论 9 已阅读

合理设计双原子催化剂(DACs)所面临的挑战为构建配位活性相关性提供了强大的动力。基于此,湖南大学刘承斌教授,唐艳红教授,广西大学危增曦助理教授(共同通讯作者)等人报道了双原子铜(Cu)、钴(Co)中心配位壳(CSs)的变化对DACs在氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)和析氢反应(HER)中的电催化活性的影响,建立了DACs的配位-活性关联。

首先,本文采用受控的“前驱体-预选”方法制备了具有不同CS修饰的Cu, Co DACs。三种具有独特配位环境的DACs被表征为次级S原子,它们分别与较低的CSs中的Cu, Co-N6直接键合,与邻近的CSs中间接键合,以及在较高的CSs中掺杂。然后,从实验和理论上形成类似于行星-卫星系统的配位关联,其中卫星配位原子(杂原子N, S)围绕着不同轨道CSs中的Cu-Co双原子实体。通过评价电催化活性指标,确定了ORR、OER和HER中Cu和Co中心的电子结构和电催化性能的差异。

相邻CSs中Cu-S/Co-S的直接成键赋予金属原子相对较低的价态(Cu +1.6),这有利于其在ORR中与ΔGO*的正确成键。远距离CSs中Cu-NS/Co-N-S的间接成键导致金属原子处于中等价态(Cu +1.8),通过与ΔGOOH*实现最佳成键能促进了OER。当S原子被引入到距离较远的CSs中时,金属原子获得更高的价态(Cu +2.0),这有利于它们与HER中的ΔGH*反应。此外,在不同的反应中,在双原子位点之间确定了特定的活性位点,同时还验证了该合成方法的可扩展性和通用性,拓宽了其实际应用范围。

Coordination Shell Dependent Activity of CuCo Diatomic Catalysts for Oxygen Reduction, Oxygen Evolution, and Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202311664.

ht-tps://doi.org/10.1002/adfm.202311664.


CuCo双原子催化剂对ORR、OER和HER的配位壳依赖活性

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