Cascade anchoring strategy for general mass production of high-loading single-atomic metal-nitrogen catalysts

级联 催化作用 氮气 金属 色散(光学) 化学 螯合作用 Atom(片上系统) 碳纤维 材料科学 纳米技术 复合材料 物理 冶金 有机化学 色谱法 复合数 光学 嵌入式系统 计算机科学
作者
Lu Zhao,Yun Zhang,Jin‐Song Hu,Xiaozhi Liu,Qinghua Zhang,Chao He,Zeyuan Wu,Linjuan Zhang,Jinpeng Wu,Wanli Yang,Lin Gu,Jin‐Song Hu,Wan Li
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:558
标识
DOI:10.1038/s41467-019-09290-y
摘要

Abstract Although single-atomically dispersed metal-N x on carbon support (M-NC) has great potential in heterogeneous catalysis, the scalable synthesis of such single-atom catalysts (SACs) with high-loading metal-N x is greatly challenging since the loading and single-atomic dispersion have to be balanced at high temperature for forming metal-N x . Herein, we develop a general cascade anchoring strategy for the mass production of a series of M-NC SACs with a metal loading up to 12.1 wt%. Systematic investigation reveals that the chelation of metal ions, physical isolation of chelate complex upon high loading, and the binding with N-species at elevated temperature are essential to achieving high-loading M-NC SACs. As a demonstration, high-loading Fe-NC SAC shows superior electrocatalytic performance for O 2 reduction and Ni-NC SAC exhibits high electrocatalytic activity for CO 2 reduction. The strategy paves a universal way to produce stable M-NC SAC with high-density metal-N x sites for diverse high-performance applications.
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