Fe Loading Triggers High-Spin State: Expediting H 2 O/O 2 Swap in Fuel Cell Cathodes

化学 催交 光谱学 未成对电子 反键分子轨道 动能 密度泛函理论 催化作用 化学物理 光化学 掉期(金融) 阴极 吸收光谱法 氧气 自旋(空气动力学) 活化能 纳米技术 功率密度 电子 自旋态 分析化学(期刊) 二维核磁共振波谱 结合能 交换电流密度 吸收(声学) 配对 燃料电池 分子物理学
作者
Hao Wan,Xiuxuan Hou,Si Chen,Zhechen Fan,Lin Lin,Yixuan Yin,Weiyi Zhao,L. G. Hou,Huan Yan,Ying Wang,Junjie Ge
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (4): 4329-4338
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17909
摘要

Fe-N-C catalysts have long suffered from kinetically sluggish oxygen reduction reaction (ORR) because of the overly strong binding to oxygen-related reaction species. Modulating the spin state of active centers emerges as a promising strategy to break the kinetic bottleneck. Herein, we show that high-spin (HS) Fe2+ (t2g4eg2) centers, with the emergence of unpaired 3d electrons in the dz2 orbital, offer a substantially reduced reaction energy barrier through synergistic regulation of H2O-O2 adsorption. Facial low-spin (LS) Fe3+(t2g5eg0) to HS Fe2+ transition was achieved via densifying the Fe site density, stemming from the Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) mechanism. Synchrotron-based Fe Kβ X-ray emission spectroscopy (XES) and L-edge soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) directly reveal t2g-eg redistribution. These HS sites promote antibonding orbital occupancy compared to LS states, corroborating a correlation between spin density, reduced activation energy, and turnover frequency. Consequently, the single cell test achieves a peak power density of approximately 1.31 W cm-2 and delivers a current density of 65.1 mA cm-2 at 0.9 ViR-free, surpassing the DOE 2025 target and most of the previously reported Fe-N-C catalysts.
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
汉堡包应助GUO采纳,获得10
1秒前
高高发布了新的文献求助10
1秒前
cane发布了新的文献求助10
1秒前
3秒前
123456789发布了新的文献求助10
3秒前
王图图发布了新的文献求助30
3秒前
李爱国应助逆旅如行人采纳,获得10
5秒前
6秒前
Rr发布了新的文献求助10
7秒前
开心枣枣完成签到 ,获得积分10
8秒前
营长完成签到 ,获得积分10
8秒前
orixero应助王帅崽采纳,获得10
9秒前
无辜的安蕾完成签到 ,获得积分10
9秒前
10秒前
白熊爱吃冰淇淋完成签到 ,获得积分10
11秒前
爱大美完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
吴悦完成签到,获得积分10
12秒前
2211650110发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
14秒前
爱大美发布了新的文献求助10
14秒前
lzx完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
14秒前
dddd发布了新的文献求助10
15秒前
lyz123完成签到,获得积分10
16秒前
18秒前
19秒前
19秒前
20秒前
20秒前
Ov5发布了新的文献求助10
20秒前
雪碧完成签到 ,获得积分10
21秒前
深情安青应助scimaker采纳,获得10
21秒前
zshjwk18完成签到,获得积分10
23秒前
小蘑菇应助健壮的凡阳采纳,获得10
23秒前
打打应助icy采纳,获得10
23秒前
万能图书馆应助2211650110采纳,获得10
23秒前
24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
HYDROLYSE ACIDE DE QUELQUES DIOXASPIROCYCLANES 1314
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7749370
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297188
关于积分的说明 20239045
捐赠科研通 7330737
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309129
关于科研通互助平台的介绍 2460794
邀请新用户注册赠送积分活动 2321412