原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/sJYKMcnM9GIVVfpKcYZ1WA
研究?jī)?nèi)容
電催化析氧反應(yīng)(OER)是水分解、可充電金屬-空氣電池和可逆燃料電池等可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備的重要過(guò)程。具有金屬-氮-碳(M-N-C)構(gòu)型的過(guò)渡金屬單原子電催化劑(SACs)在OER中顯示出巨大的潛力，其中允許依賴(lài)自旋的電子沿著反應(yīng)物(OH-/H2O，單重態(tài)自旋態(tài))和產(chǎn)物(O2，三重態(tài)旋轉(zhuǎn)態(tài))轉(zhuǎn)移。因此，必須調(diào)節(jié)M-N-C中的自旋構(gòu)型，增強(qiáng)自旋敏感的OER能量學(xué)，這仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
上海大學(xué)趙玉峰、北京大學(xué)侯仰龍和燕山大學(xué)王靜通過(guò)在Fe-N-C結(jié)構(gòu)中引入主族元素(Mg)，報(bào)道了局部場(chǎng)畸變誘導(dǎo)的中低自旋躍遷，并探究了OER活性增強(qiáng)的潛在來(lái)源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所獲得的Mg/Fe雙位點(diǎn)(Mg/Fe-N-C)催化劑在總的水分解中表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性，在10 mA cm-2下的過(guò)電位為224 mV，在10 mA cm-2下電解電壓僅為1.542 V，這優(yōu)于最先進(jìn)的過(guò)渡金屬SACs。相關(guān)工作以“Improving Electrocatalytic Oxygen Evolution through Local Field Distortion in Mg/Fe Dual-site Catalysts”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
研究要點(diǎn)
要點(diǎn)1. 作者提出了在Fe-N-C結(jié)構(gòu)中引入主族元素(Mg)，在催化劑中Fe2+的局部晶場(chǎng)畸變誘導(dǎo)的高自旋(IS)到低自旋(LS)自旋躍遷，可增強(qiáng)OER的活性。
要點(diǎn)2. Mg參與的影響是雙重的：（i）離子半徑的失配(rMg2+=7.2 ?，rFe2+=6.1?)導(dǎo)致局部晶體場(chǎng)畸變，提高Fe dz2的能級(jí)，刺激IS到LS的有利自旋躍遷。由于LS狀態(tài)下形成的鍵序較小，ΔG*O減輕；（ii）Mg位點(diǎn)對(duì)*OH和*OOH中間體表現(xiàn)出與Fe類(lèi)似的鍵合相互作用，導(dǎo)致它們的雙位點(diǎn)吸附構(gòu)型。有助于保持ΔG*OOH和ΔG*OH的親和力。
要點(diǎn)3. 制備的Mg/Fe-N-C催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能，在10 mA cm-2時(shí)具有224 mV的小過(guò)電位，Tafel斜率為51.74 mV dec-1，優(yōu)于原子分散的催化劑。此外，以Mg/Fe-N-C作為陽(yáng)極催化劑的組裝雙電極系統(tǒng)在10 mA cm-2下的電解電壓僅為1.542 V，超過(guò)了商業(yè)基準(zhǔn)。
