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Dynamic Asymmetry in O/N‐Coordinated Zn Single‐Atom Catalysts Promotes Sabatier‐Favorable Urea and Urea Peroxide Electrosynthesis

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作者
Shengbo Zhang,Ke Li,Hui Xu,Lanze Li,Jiexin Wen,Chenxi Ma,Yong Jiang,Huajie Yin,Haimin Zhang,Jun Li Yin,Qiong Lei,Huijun Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (44) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.3649572
摘要

ABSTRACT Precise regulation of metal‒intermediate binding is essential for selective electrocatalysis, yet conventional symmetric single‐atom coordination often limits directional adsorption control. Here we report an asymmetric O/N‐co‐coordinated Zn single‐atom catalyst, Zn‐O 3 N 1 ‐C, using symmetric Zn‐O 4 ‐C as a structural counterpart. Structural characterization and x‐ray absorption spectroscopy (XAS) confirm atomically dispersed Zn‒O 3 N 1 sites, in which replacing one O ligand with less electronegative N not only breaks local symmetry, but also enriches Zn electron density and lowers the Zn oxidation state. Operando XAS further reveals that Zn–O 3 N 1 undergoes cathodic‐bias‐induced electronic enrichment and anisotropic Zn─N/Zn─O bond response, amplifying local coordination polarization while preserving the isolated Zn─O/N framework. This dynamically polarized asymmetric coordination shifts Zn‒adsorbate interactions toward a Sabatier‐favorable regime, enabling two adsorption‐governed transformations. For CO 2 /nitrate co‐reduction, Zn‐O 3 N 1 ‐C promotes *NO/*NHO‐mediated C‒N coupling. The same catalyst also demonstrates excellent electrocatalytic activity toward two‐electron oxygen reduction reaction (2e − ORR). The electrosynthesized urea and H 2 O 2 are further coupled to produce urea peroxide. Operando spectroscopy and density functional theory calculations reveal that asymmetric Zn–O 3 N 1 coordination optimizes *NO/*NHO and *OOH binding, establishing dynamic coordination polarization as a design principle for selective single‐atom electrocatalysis.
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