Self‐Adjustment of Intrinsic Reaction Intermediate on Atomically Dispersed Co2–N6 Binuclear Sites Achieving Boosted Electrocatalytic Oxygen Reduction Performance

材料科学 氧还原反应 电催化剂 氧气 化学工程 还原(数学) 氧还原 催化作用 纳米技术 电化学 电极 物理化学 有机化学 化学 几何学 数学 工程类
作者
Tingyu Lu,Qixing Zhou,Jing Li,Tongfei Li,Jiayue Gong,Songtao Zhang,Huan Pang,Shibo Xi,Lin Xu,Gan Luo,Dongmei Sun,Kang Sun,Yawen Tang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (44) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/adfm.202405564
摘要

Abstract Isolated dual‐atom catalysts (DACs) have sparked enormous research enthusiasm in new energy community due to their great potentials to substitute the state‐of‐the‐art Pt‐based catalysts. Nevertheless, explicitly unraveling the underlying catalytic mechanisms is of critical significance for performance enhancement, yet remains a huge challenge. Herein, the study reports a reliable hard template‐mediated strategy to accomplish the construction of atomically isolated binuclear Co2‐N6 sites stabilized by ultrathin hollow carbon nanospheres (abbreviated as Co2‐DAs@CHNSs). Systematic spectroscopy characterization and theoretic calculations uncover that the Co2‐N6 sites follow a self‐adjusting mechanism caused by the intrinsic OH intermediate. The involvement of the ‐OH energy‐level modifier is found to induce the electron redistribution and alternation of antibonding orbital fillings for the generated Co2‐N6‐OH site, leading to reduced potential‐determining step (PDS) energy barrier, and thus boosted intrinsic activity. Consequently, the well‐managed Co2‐DAs@CHNSs afford outstanding oxygen reduction reaction (ORR) activity with a half‐wave potential of 0.87 V in alkaline electrolyte, overmatching the Pt benchmark. Furthermore, the Co2‐DAs@CHNSs‐assembled aqueous and all‐solid‐state rechargeable zinc–air batteries (ZABs) demonstrate high power density, large specific capacity, and robust stability. The findings offer an innovative avenue to rationally manipulate the electronic structures of active sites for DACs via a powerful self‐ligand modification strategy.
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