Main Group SnN4O Single Sites with Optimized Charge Distribution for Boosting the Oxygen Reduction Reaction

催化作用 金属 氧还原 氧还原反应 氧气 材料科学 氧原子 Atom(片上系统) 过渡金属 铂金 纳米技术 化学 计算机科学 物理化学 电化学 分子 有机化学 电极 嵌入式系统
作者
Xiaodong Shao,Ruihui Gan,Yuan Rao,Ta Thi Thuy Nga,Mengfang Liang,Chung‐Li Dong,Chang Ma,Jin Yong Lee,Hao Li,Hyoyoung Lee
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (22): 14742-14753 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04112
摘要

Transition metal single-atom catalysts (SACs) have been regarded as possible alternatives to platinum-based materials due to their satisfactory performance of the oxygen reduction reaction (ORR). By contrast, main-group metal elements are rarely studied due to their unfavorable surface and electronic states. Herein, a main-group Sn-based SAC with penta-coordinated and asymmetric first-shell ligands is reported as an efficient and robust ORR catalyst. The introduction of the vertical oxygen atom breaks the symmetric charge balance, modulating the binding strength to oxygen intermediates and decreasing the energy barrier for the ORR process. As expected, the prepared Sn SAC exhibits outstanding ORR activity with a high half-wave potential of 0.912 V (vs RHE) and an excellent mass activity of 13.1 A mgSn–1 at 0.850 V (vs RHE), which surpasses that of commercial Pt/C and most reported transition-metal-based SACs. Additionally, the reported Sn SAC shows excellent ORR stability due to the strong interaction between Sn sites and the carbon support with oxygen atom as the bridge. The excellent ORR performance of Sn SAC was also proven by both liquid- and solid-state zinc–air battery (ZAB) measurements, indicating its great potential in practical applications.
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