A Single‐Atom Iridium Heterogeneous Catalyst in Oxygen Reduction Reaction

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作者
Meiling Xiao,Jianbing Zhu,Gaoran Li,Na Li,Shuang Li,Zachary P. Cano,Lu Ma,Peixin Cui,Pan Xu,Gaopeng Jiang,Huile Jin,Shun Wang,Tianpin Wu,Jun Lü,Aiping Yu,Dong Su,Zhongwei Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:58 (28): 9640-9645 被引量:366
标识
DOI:10.1002/anie.201905241
摘要

Combining the advantages of homogeneous and heterogeneous catalysts, single-atom catalysts (SACs) are bringing new opportunities to revolutionize ORR catalysis in terms of cost, activity and durability. However, the lack of high-performance SACs as well as the fundamental understanding of their unique catalytic mechanisms call for serious advances in this field. Herein, for the first time, we develop an Ir-N-C single-atom catalyst (Ir-SAC) which mimics homogeneous iridium porphyrins for high-efficiency ORR catalysis. In accordance with theoretical predictions, the as-developed Ir-SAC exhibits orders of magnitude higher ORR activity than iridium nanoparticles with a record-high turnover frequency (TOF) of 24.3 e- site-1 s-1 at 0.85 V vs. RHE) and an impressive mass activity of 12.2 A mg-1Ir , which far outperforms the previously reported SACs and commercial Pt/C. Atomic structural characterizations and density functional theory calculations reveal that the high activity of Ir-SAC is attributed to the moderate adsorption energy of reaction intermediates on the mononuclear iridium ion coordinated with four nitrogen atom sites.
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