Tailoring the d‐Orbital Splitting Manner of Single Atomic Sites for Enhanced Oxygen Reduction

未成对电子 材料科学 费米能级 原子单位 电子 八面体 人口 极化(电化学) 化学物理 结晶学 电子顺磁共振 核磁共振 物理化学 化学 物理 晶体结构 社会学 人口学 量子力学
作者
Yunkun Dai,Bo Liu,Ziyu Zhang,Pan Guo,Chang Liu,Yunlong Zhang,Lei Zhao,Zhen‐Bo Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (14) 被引量:190
标识
DOI:10.1002/adma.202210757
摘要

Regulating the electronic states of single atomic sites around the Fermi level remains a major concern for boosting the electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR). Herein, a Fe d-orbital splitting manner modulation strategy by constructing axial coordination on FeN4 sites is presented. Experimental investigations and theoretical calculations reveal that the axial tractions induce the distortion of square-planar field (FeN4 SP), up to the quasi-octahedral coordination (FeN4 O1 OCquasi ), thus leading to the electron rearrangement with a diluted spin polarization. The declined population of unpaired electrons in dz2 , dxz and dyz states engenders a moderate adsorption of ORR intermediates, thereby reinforcing the intrinsic reaction activity. In situ infrared spectroscopy further demonstrates that the reordering of d-orbital splitting and occupation facilitates the desorption of *OH. The FeN4 O1 OCquasi exhibits a dramatic improvement of kinetic current density and turnover frequency, which are fivefold and tenfold higher than those of FeN4 SP. This work presents a novel understanding on improving the electrocatalytic performance through the orbital-scale manipulation.
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