Atomic‐Level Modulation of Electronic Density at Cobalt Single‐Atom Sites Derived from Metal–Organic Frameworks: Enhanced Oxygen Reduction Performance

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作者
Yuanjun Chen,Rui Gao,Shufang Ji,Haijing Li,Kun Tang,Peng Jiang,Haibo Hu,Zedong Zhang,Haigang Hao,Qingyun Qu,Liang Xiao,Wenxing Chen,Juncai Dong,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (6): 3212-3221 被引量:641
标识
DOI:10.1002/anie.202012798
摘要

Demonstrated here is the correlation between atomic configuration induced electronic density of single-atom Co active sites and oxygen reduction reaction (ORR) performance by combining density-functional theory (DFT) calculations and electrochemical analysis. Guided by DFT calculations, a MOF-derived Co single-atom catalyst with the optimal Co1 -N3 PS active moiety incorporated in a hollow carbon polyhedron (Co1 -N3 PS/HC) was designed and synthesized. Co1 -N3 PS/HC exhibits outstanding alkaline ORR activity with a half-wave potential of 0.920 V and superior ORR kinetics with record-level kinetic current density and an ultralow Tafel slope of 31 mV dec-1 , exceeding that of Pt/C and almost all non-precious ORR electrocatalysts. In acidic media the ORR kinetics of Co1 -N3 PS/HC still surpasses that of Pt/C. This work offers atomic-level insight into the relationship between electronic density of the active site and catalytic properties, promoting rational design of efficient catalysts.
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