Ferredoxin‐Inspired Design of S‐Synergized Fe–Fe Dual‐Metal Center Catalysts for Enhanced Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction

氧还原反应 材料科学 氧还原 催化作用 铁氧还蛋白 氧气 对偶(语法数字) 金属 双重角色 电催化剂 纳米技术 无机化学 组合化学 电化学 冶金 化学 物理化学 有机化学 电极 艺术 文学类
作者
Ming Liu,Xuemin Wang,Shoufu Cao,Xiaoqing Lü,Wei Li,Na Li,Xian‐He Bu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202309231
摘要

Abstract Dual‐metal center catalysts (DMCs) have shown the ability to enhance the oxygen reduction reaction (ORR) owing to their distinctive structural configurations. However, the precise modulation of electronic structure and the in‐depth understanding of synergistic mechanisms between dual metal sites of DMCs at the atomic level remain challenging. Herein, mimicking the ferredoxin, Fe‐based DMCs (Fe 2 N 6 ‐S) are strategically designed and fabricated, in which additional Fe and S sites are synchronously installed near the Fe sites and serve as “dual modulators” for coarse‐ and fine‐tuning of the electronic modulation, respectively. The as‐prepared Fe 2 N 6 ‐S catalyst exhibits enhanced ORR activity and outstanding Zinc‐air (Zn–air) battery performance compared to the conventional single Fe site catalysts. The theoretical and experimental results reveal that introducing the second metal Fe creates a dual adsorption site that alters the O 2 adsorption configuration and effectively activates the O─O bond, while the synergistic effect of dual Fe sites results in the downward shift of the d‐band center, facilitating the release of OH*. Additionally, local electronic engineering of heteroatom S for Fe sites further facilitates the formation of the rate‐determining step OOH*, thus accelerating the reaction kinetics.
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