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Triple‑Engineered Asymmetric Charge Localization on Fe Within a Fe–Cu Diatomic Motif Boosts Oxygen Reduction for Zinc–Air Battery

异核分子 双原子分子 催化作用 材料科学 氧气 部分 电催化剂 吸附 化学物理 Atom(片上系统) 光化学 电子结构 氧原子 物理化学 原子物理学 化学吸附 结晶学 析氧 电池(电) 活动站点 氧化还原 单层
作者
Kehao Cheng,Di Shen,Chunfeng Shao,Kai Dai,Yan Fang Cheng,Xiaohui Song,Yujie Chen,Lifeng Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (76) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adfm.77766
摘要

ABSTRACT Fe–N 4 centers are widely viewed as prospective sites for oxygen reduction reaction (ORR), yet improving their catalytic behavior through coordinated adjustments to structure and electronic properties remains difficult. Here, a C‐supported electrocatalyst with asymmetric Fe–Cu diatomic motifs is reported, in which a Fe atom bonded by S and N atoms couples with a neighboring Cu–N site (FeN 3 S–CuN 4 , denoted FeCu‐SNC). Operando spectroscopic characterizations and theoretical calculations show that stable adsorption of a hydroxyl (OH) intermediate on FeCu‐SNC produces a triply modulated Fe site with asymmetric coordination to S and Cu atoms, together with an additional hydroxyl intermediate during the catalytic process (FeCu─SN 5 –OH; the N 5 environment originates from the FeN 3 S moiety and the adjacent Cu site). This configuration generates an asymmetric surface charge distribution at the Fe center and weakens binding of reaction intermediates. Therefore, O 2 activation and conversion to the *OOH intermediate are promoted, accelerating ORR kinetics. FeCu‐SNC displays robust alkaline ORR kinetics, affording a half‐wave potential (E 1/2 ) of 0.914 V. When applied in rechargeable zinc–air batteries, it attains a maximum power output of 506 mW cm −2 . These results clarify how atomic‐ and electronic‐level modulation of heteronuclear Fe‐based diatomic sites can improve oxygen reduction catalysis.
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