Electronic Modulation of Cobalt Single‐Atom Catalysts via In‐Plane and Axial Coordination Engineering for Enhanced H 2 O 2 Electrosynthesis

催化作用 法拉第效率 钴 杂原子 选择性 密度泛函理论 化学 电合成 电化学 电子结构 协调球 氧化还原 材料科学 无机化学 可逆氢电极 电催化剂 电子效应 分解水 配位几何学 再分配(选举) 过渡金属 结晶学 立体化学 配位复合体 多相催化 质子化 纳米技术
作者
Wenjun Zhang,Jin Hyeng Kim,Subhajit Nandy,Sae Yane Paek,Ridhola Tri Ariski,Sana Kainat,Jaehun Lim,Dohee Kim,Seung Yong Lee,So‐Hye Cho,Sang Hoon Kim,Guicheng Liu,Joonwon Lim,Sooyeon Kim,Jong Min Kim
出处
期刊:SusMat [Wiley]
卷期号:6 (2)
标识
DOI:10.1002/sus2.70065
摘要

ABSTRACT Cobalt‐based single‐atom catalysts (Co SACs) have emerged as attractive candidates for promoting the two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR) toward efficient H 2 O 2 generation. Yet universal strategies to regulate their electronic structure remain limited. Here, we demonstrate that in‐plane and out‐of‐plane heteroatom coordination modulates the Co electronic states, thereby governing 2e − ORR activity and selectivity. By correlating atom‐induced charge redistribution with H 2 O 2 production efficiency, we establish a general design strategy for SACs with tunable performance. Incorporating electron‐withdrawing O or electron‐donating N creates asymmetric Co–N x O y –O–C sites, among which Co–N 5 –O–C is most effective. Its electron‐rich Co center in a distorted pentacoordinate geometry promotes 2e − ORR, achieving 90% H 2 O 2 selectivity and 89.5 A g −1 in mass activity under 0.65 V versus RHE conditions, outperforming symmetric Co–N 4 –O–C and electron‐deficient Co–N 2 O 2 –O–C. Density functional theory reveals that electron‐donating N in Co–N 5 broadens the Co dz 2 orbital near the Fermi level, weakening *OOH binding, whereas in‐plane O in Co–N 2 O 2 withdraws electrons, increasing empty d ‐states and strengthening *OOH adsorption. Under flow‐cell conditions, Co–N 5 –O–C delivered 15.88 mol g cat −1 h −1 H 2 O 2 (300 mA cm −2 ) with >88% Faradaic efficiency over 50 h and enabled complete degradation of 50 ppm pollutants within 10 min, demonstrating practical potential for wastewater treatment.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
幸福广山完成签到 ,获得积分10
刚刚
刚刚
molihuakai的应助被jgpiao采纳,获得10
1秒前
ikun完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
VickyS发布了新的文献求助10
2秒前
zhangqiling发布了新的文献求助10
2秒前
4秒前
Hello的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
慕青的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
4秒前
斯文败类的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
5秒前
5秒前
5秒前
5秒前
万能图书馆的应助被sunidea采纳,获得10
5秒前
wcy的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
十三发布了新的文献求助100
5秒前
Orange的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
Jasper的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
6秒前
新的心跳发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
6秒前
6秒前
星辰大海的应助被科研通管家采纳,获得10
6秒前
NexusExplorer的应助被科研通管家采纳,获得10
6秒前
6秒前
852的应助被科研通管家采纳,获得10
6秒前
7秒前
7秒前
陆海的你发布了新的文献求助10
7秒前
清秀的寻菡完成签到 ,获得积分10
7秒前
科研通AI2S的应助被AssKiller采纳,获得10
8秒前
8秒前
Michaell完成签到,获得积分10
8秒前
英姑的应助被阿萌毛毛采纳,获得10
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Comprehensive Medicinal Chemistry IV (4th Edition) 800
Entre Praga y Madrid : los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 600
A REVIEW OF THE V-22 DYNAMICS VALIDATION PROGRAM 600
Les Mots du discours 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8119914
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9525073
关于积分的说明 21554068
捐赠科研通 7698772
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3415017
关于科研通互助平台的介绍 2540834
邀请新用户注册赠送积分活动 2455200