Turning main-group element magnesium into a highly active electrocatalyst for oxygen reduction reaction

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作者
Shuai Liu,Zedong Li,Changlai Wang,Weiwei Tao,Minxue Huang,Ming J. Zuo,Yang Yang,Yang Kang,Lijuan Zhang,Shi Chen,Pengping Xu,Qianwang Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:341
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14565-w
摘要

Abstract It is known that the main-group metals and their related materials show poor catalytic activity due to a broadened single resonance derived from the interaction of valence orbitals of adsorbates with the broad sp-band of main-group metals. However, Mg cofactors existing in enzymes are extremely active in biochemical reactions. Our density function theory calculations reveal that the catalytic activity of the main-group metals (Mg, Al and Ca) in oxygen reduction reaction is severely hampered by the tight-bonding of active centers with hydroxyl group intermediate, while the Mg atom coordinated to two nitrogen atoms has the near-optimal adsorption strength with intermediate oxygen species by the rise of p-band center position compared to other coordination environments. We experimentally demonstrate that the atomically dispersed Mg cofactors incorporated within graphene framework exhibits a strikingly high half-wave potential of 910 mV in alkaline media, turning a s/p-band metal into a highly active electrocatalyst.
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