Decoding d‐Band Effects: Impact of Diverse Environments on Cobalt's Catalytic Performance in Oxygen Reduction Reaction

催化作用 氧还原反应 解码方法 还原(数学) 氧气 氧还原 化学 光化学 无机化学 计算机科学 电信 物理化学 电化学 有机化学 电极 数学 几何学
作者
Fatima Nasim,Muhammad Arif Nadeem
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:17 (14) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/cctc.202500437
摘要

Abstract The oxygen reduction reaction (ORR) is a pivotal process in energy transformation technologies such as fuel cells and metal–air batteries. Despite their efficiency, the widespread adoption of these technologies is hindered by the high cost and shortage of precious metal catalysts. Cobalt, with its intrinsic catalytic activity, cost‐effectiveness, and abundance, has emerged as a promising alternative. This review explores the advancements in cobalt‐based catalysts, focusing on the adjustment of their d‐band center ( ε d ), a vital factor influencing catalytic activity. By tailoring the electronic structure through strategies such as nitrogen doping, alloying with transition metals, and surface engineering, significant improvements in ORR efficiency and stability have been achieved. Insights from density functional theory (DFT) have been instrumental in elucidating the relationship between the ε d and the adsorption/desorption dynamics of oxygen intermediates. This study highlights the synergistic effects of cobalt with other elements, which enhance electron transfer and optimize binding energies, achieving near‐ideal catalytic performance. Furthermore, the review features the challenges of translating these materials to practical applications, emphasizing the need for scalable synthesis methods, enhanced durability, and environmentally sustainable practices. These findings establish cobalt‐based catalysts as high‐performance alternatives to precious metals, paving the way for their integration into next‐generation energy systems.
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