Vacancy Defects Inductive Effect of Asymmetrically Coordinated Single‐Atom Fe─N3S1 Active Sites for Robust Electrocatalytic Oxygen Reduction with High Turnover Frequency and Mass Activity

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作者
Yilin Zhao,Hsiao‐Chien Chen,Xuelu Ma,Jiaye Li,Qing Yuan,Peng Zhang,Minmin Wang,Junxi Li,Min Li,Shifu Wang,Han Guo,Ruanbo Hu,Kun‐Hua Tu,Wei Zhu,Xuning Li,Xuan Yang,Yuan Pan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (11): e2308243-e2308243 被引量:174
标识
DOI:10.1002/adma.202308243
摘要

The development of facile, efficient synthesis method to construct low-cost and high-performance single-atom catalysts (SACs) for oxygen reduction reaction (ORR) is extremely important, yet still challenging. Herein, an atomically dispersed N, S co-doped carbon with abundant vacancy defects (NSC-vd) anchored Fe single atoms (SAs) is reported and a vacancy defects inductive effect is proposed for promoting electrocatalytic ORR. The optimized catalyst featured of stable Fe─N3 S1 active sites exhibits excellent ORR activity with high turnover frequency and mass activity. In situ Raman, attenuated total reflectance surface enhanced infrared absorption spectroscopy reveal the Fe─N3 S1 active sites exhibit different kinetic mechanisms in acidic and alkaline solutions. Operando X-ray absorption spectra reveal the ORR activity of Fe SAs/NSC-vd catalyst in different electrolyte is closely related to the coordination structure. Theoretical calculation reveals the upshifted d band center of Fe─N3 S1 active sites facilitates the adsorption of O2 and accelerates the kinetics process of *OH reduction. The abundant vacancy defects around the Fe─N3 S1 active sites balance the OOH* formation and *OH reduction, thus synergetically promoting the electrocatalytic ORR process.
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