Compressive Strain Modulation of Single Iron Sites on Helical Carbon Support Boosts Electrocatalytic Oxygen Reduction

催化作用 拉伤 碳纤维 应变工程 金属 材料科学 电子结构 化学 碳化 结晶学 计算化学 物理化学 复合材料 光电子学 吸附 医学 复合数 内科学 生物化学 有机化学
作者
Jia Yang,Zhiyuan Wang,Chunxiang Huang,Yida Zhang,Qinghua Zhang,Cai Chen,Junyi Du,Xiao Zhou,Ying Zhang,Zhou Huang,Lingxiao Wang,Xusheng Zheng,Lin Gu,Li‐Ming Yang,Yuen Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:133 (42): 22904-22910 被引量:5
标识
DOI:10.1002/ange.202109058
摘要

Abstract Designing and modulating the local structure of metal sites is the key to gain the unique selectivity and high activity of single metal site catalysts. Herein, we report strain engineering of curved single atomic iron‐nitrogen sites to boost electrocatalytic activity. First, a helical carbon structure with abundant high‐curvature surface is realized by carbonization of helical polypyrrole that is templated from self‐assembled chiral surfactants. The high‐curvature surface introduces compressive strain on the supported Fe−N 4 sites. Consequently, the curved Fe−N 4 sites with 1.5 % compressed Fe−N bonds exhibit downshifted d‐band center than the planar sites. Such a change can weaken the bonding strength between the oxygenated intermediates and metal sites, resulting a much smaller energy barrier for oxygen reduction. Catalytic tests further demonstrate that a kinetic current density of 7.922 mA cm −2 at 0.9 V vs. RHE is obtained in alkaline media for curved Fe−N 4 sites, which is 31 times higher than that for planar ones. Our findings shed light on modulating the local three‐dimensional structure of single metal sites and boosting the catalytic activity via strain engineering.
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