Enhancing Oxygen Reduction Reaction Electrocatalytic Performance of Nickel‐Nitrogen‐Carbon Catalysts through Coordination Environment Engineering†

化学 催化作用 氧还原反应 氮气 碳纤维 氧还原 氧气 还原(数学) 电催化剂 无机化学 电化学 电极 有机化学 物理化学 复合数 复合材料 数学 材料科学 几何学
作者
Hui‐Jian Zou,Yan Leng,Chen‐Shuang Yin,Xikun Yang,Chungang Min,Feng Tan,Ai‐Min Ren
出处
期刊:Chinese Journal of Chemistry [Wiley]
被引量:5
标识
DOI:10.1002/cjoc.202400769
摘要

Comprehensive Summary Single‐atom catalysts (SACs) have attracted significant attention due to their high atomic utilization and tunable coordination environment. However, the catalytic mechanisms related to the active center and coordination environment remain unclear. In this study, we systematically investigated the oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR) catalytic activities of NiN 4 , NiN 3 , NiN 3 H 2 , NiN 4 X, NiN 3 X, and NiN 3 H 2 X (X denotes axial ligand) through density functional theory (DFT) calculations. This study unveils two distinct reaction pathways for ORR and OER, involving proton‐electron pairs adsorbed from both the solution and the catalyst surface. The overpotential is the key parameter to evaluate the catalytic performance when proton‐electron pairs are adsorbed from the solution. NiN 3 and NiN 3 H 2 show promise as pH‐universal bifunctional electrocatalysts for both ORR and OER. On the other hand, when proton‐electron pairs are adsorbed from the catalyst surface, the reaction energy barrier becomes the crucial metric for assessing catalytic activity. Our investigation reveals that NiN 3 H 2 consistently exhibits optimal ORR activity across a wide pH range, regardless of the source of proton‐electron pair (solvent or catalyst surface).
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