Operando Cooperated Catalytic Mechanism of Atomically Dispersed Cu−N 4 and Zn−N 4 for Promoting Oxygen Reduction Reaction

催化作用 化学 Atom(片上系统) 氧化态 氧还原反应 结晶学 物理化学 金属 有机化学 电化学 电极 计算机科学 嵌入式系统
作者
Miaomiao Tong,Fanfei Sun,Ying Xie,Ying Wang,Yuqi Yang,Chungui Tian,Lei Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (25): 14005-14012 被引量:514
标识
DOI:10.1002/anie.202102053
摘要

Dual-metal single-atom catalysts exhibit superior performance for oxygen reduction reaction (ORR), however, the synergistic catalytic mechanism is not deeply understood. Herein, we report a dual-metal single-atom catalyst consisted of Cu-N4 and Zn-N4 on the N-doped carbon support (Cu/Zn-NC). It exhibits high-efficiency ORR activity with an Eonset of 0.98 V and an E1/2 of 0.83 V, excellent stability (no degradation after 10 000 cycles), surpassing state-of-the-art Pt/C and great mass of Pt-free single atom catalysts. Operando XANES demonstrates that the Cu-N4 as active center experiences the change from atomic dispersion to cluster with the cooperation of Zn-N4 during ORR process, and then turns to single atom state again after reaction. DFT calculation further indicates that the adjustment effect of Zn on the d-orbital electron distribution of Cu could benefit to the stretch and cleavage of O-O on Cu active center, speeding up the process of rate determining step of OOH*.
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