Spin‐State Engineering of Iron Phthalocyanine D‐Orbitals via Atomic Fe‐N4 Coupling for Enhanced Oxygen Reduction Reaction

原子轨道 催化作用 自旋态 分子轨道 光化学 酞菁 化学物理 化学 分子 物理 无机化学 量子力学 有机化学 电子
作者
Ze Lv,Zheng Shu,Yang Qiu,Jiawei Luo,Kaibing Xu,Yimeng Ma,Linping Zhang,Hong Xu,Zhiping Mao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202510306
摘要

Abstract Since the properties of electron transfer and orbital interactions in oxygen electrocatalysts are highly spin‐dependent, reaction kinetics and thermodynamics are very sensitive to the spin configuration. However, understanding the spin‐related origin of catalytic activity in heterogeneous molecular electrocatalysts still remains challenging. Herein, a molecular‐atomic coupled catalyst is constructed by integrating iron phthalocyanine (FePc) molecules with Fe‐N 4 atomic sites anchored on nitrogen‐doped carbon nanotubes (FePc‐Fe‐NCNT). The strong electronic coupling between FePc and the Fe‐N 4 ‐containing carbon substrate triggers a transition of the Fe sites from a low‐spin state to an intermediate‐spin state. Additionally, the formation of σ* bonds between the electron‐injected perpendicular d z2 orbitals of intermediate‐spin Fe and the 2p orbitals of adsorbed oxygen species suppresses site blocking and accelerates OH* desorption, thereby enhancing the reaction kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR). The resulting catalyst exhibits exceptional ORR activity in alkaline media, reaching a half‐wave potential of 0.89 V and negligible degradation after 10,000 cycles. Remarkably, the quasi‐solid‐state Zinc‐air battery based on this prepared catalyst operates stably from −40 to 70 °C with minimal performance loss. This work reveals a spin‐state manipulation strategy for the development of advanced molecular catalysts and provides new insights into the regulation of electronic structure for energy conversion technologies.
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
Sonya发布了新的文献求助10
1秒前
良景似尘完成签到,获得积分10
1秒前
puppet关注了科研通微信公众号
2秒前
popo完成签到,获得积分10
2秒前
gunanshu给gunanshu的求助进行了留言
3秒前
3秒前
苗条的嫣发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
4秒前
金木水完成签到,获得积分10
4秒前
Derson发布了新的文献求助10
4秒前
深情安青应助ww采纳,获得10
4秒前
CYY完成签到,获得积分20
6秒前
bias完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
灿烂sunfly发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
9秒前
9秒前
Hello应助lllym采纳,获得10
11秒前
称心冰菱完成签到,获得积分10
11秒前
简简完成签到,获得积分10
11秒前
卖艺的读书人完成签到 ,获得积分10
11秒前
不会取名字完成签到,获得积分10
12秒前
SJ发布了新的文献求助10
12秒前
科研通AI2S应助厚朴采纳,获得10
12秒前
柠檬完成签到 ,获得积分10
12秒前
jenningseastera应助whoknowsname采纳,获得10
14秒前
14秒前
王武聪发布了新的文献求助10
14秒前
鲸鱼发布了新的文献求助10
14秒前
奶昔源完成签到,获得积分10
15秒前
hanna完成签到 ,获得积分10
15秒前
Hudan发布了新的文献求助20
15秒前
鱼香丸子完成签到,获得积分10
16秒前
沙子发布了新的文献求助10
16秒前
核桃发布了新的文献求助10
18秒前
刘强发布了新的文献求助10
18秒前
superlit完成签到,获得积分10
19秒前
puppet发布了新的文献求助20
21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
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
Determination of the boron concentration in diamond using optical spectroscopy 600
The Netter Collection of Medical Illustrations: Digestive System, Volume 9, Part III - Liver, Biliary Tract, and Pancreas (3rd Edition) 600
Founding Fathers The Shaping of America 500
A new house rat (Mammalia: Rodentia: Muridae) from the Andaman and Nicobar Islands 500
Research Handbook on Law and Political Economy Second Edition 398
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 催化作用 遗传学 冶金 电极 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4537931
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3972654
关于积分的说明 12306475
捐赠科研通 3639434
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2003881
邀请新用户注册赠送积分活动 1039207
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 928594