具有金属-氮-碳(M-N-C)构型的过渡金属单原子电催化剂(SAC)在析氧反应(OER)中显示出巨大的潜力,其中必须允许自旋相关电子沿着反应物(OH/H2O,单线态自旋态)转移)和产物(O2,三重态自旋态)。因此,必须调节M-N-C中的自旋构型以增强自旋敏感的OER能量,但这仍然是一个重大挑战。
在此,北京大学侯仰龙教授,Yufeng Zhao报道了通过在Fe-N-C结构中引入主族元素(Mg)引起的中低自旋跃迁的局部场畸变,并解码了增强OER活性的潜在起源。
文章要点
1)研究人员发现,Mg2+和Fe2+之间较大的离子半径不匹配会引起FeN4面内方形局部场变形,从而触发Fe2+从中间自旋(dxy2dxz2dyz1dz21,2.96 μB)到低自旋(dxy)的有利自旋跃迁。2dxz2dyz2,0.95 μB),从而用所需的吉布斯自由能调节基本步骤的热力学。
2)所获得的Mg/Fe双位点催化剂表现出优异的OER活性,在10 mA cm-2下的过电势为224 mV,在10 mA cm-2下的整体水分解电解电压仅为1.542 V,优于其他最先进的过渡金属SAC催化剂。
参考文献
Jing Zhang, et al, Improving Electrocatalytic Oxygen Evolution through Local Field Distortion in Mg/Fe Dual-site Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202314303
DOI: 10.1002/anie.202314303
https://doi.org/10.1002/anie.202314303