Pyrrole Nitrogen Coordination Activates Intrinsically Catalytically Inert Mo for Oxygen Reduction Reaction

化学 惰性 氧还原反应 氮气 吡咯 氧气 还原(数学) 无机化学 高分子化学 有机化学 电化学 电极 物理化学 几何学 数学
作者
Lü Shaojie,Shuwen Niu,Jun‐Dong Yi,Jian Zhang,Ge Meng,Yun Yang,Wei Chen
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (19): 9735-9743 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c00970
摘要

Electronic structure modulation is a promising approach to enhance the properties of intrinsically inert metals in an electrocatalytic oxygen reduction reaction. Herein, a molybdenum (Mo) single atom (Mo SAs) catalyst with pyrrole-rich nitrogen/oxygen double coordination has been designed and synthesized (defined as Mo SAs/N-C). The pyrrole-nitrogen (Pyrr-N) coordination was shown to effectively regulate the metal-centered electronic structure of Mo. This coordination strategy enables Mo SAs/N-C to exhibit superior catalytic activity and enhanced 4e- transfer selectivity. The electrochemical performance evaluations revealed that Mo SAs/N-C exhibit exceptional durability (with only a 2.0 mV half-wave potential decay after 5000 cycles) and resistance to methanol toxicity, outperforming commercial Pt/C (20%). Notably, as an air-cathode catalyst for zinc-air batteries, Mo SAs/N-C achieved a peak power density of 242 mW cm-2. Combining experimental results with density functional theory calculations, it was found that Pyrr-N effectively modulates the adsorption of OOH* intermediates on Mo atoms, promoting the 4e- transfer pathway and significantly enhancing the performance of the ORR. This study provides valuable insights into the role of Pyrr-N coordination in improving the performance of single-atom catalysts.
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