Tuning the atomic configuration environment of MnN4 sites by Co cooperation for efficient oxygen reduction

X射线吸收光谱法 密度泛函理论 电子结构 解吸 反应性(心理学) 金属 吸收光谱法 化学 物理化学 计算化学 吸附 病理 量子力学 替代医学 物理 医学 有机化学
作者
Jing Wang,Haihong Zhong,Jun Yang,Huiyu Li,Pinggui Tang,Fengrui Sun,Dianqing Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:82: 547-559 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.04.010
摘要

Carbon-based N-coordinated Mn (Mn-Nx/C) single-atom electrocatalysts are considered as one of the most desirable non-precious oxygen reduction reaction (ORR) candidates due to their insignificant Fenton reactivity, high abundance, and intriguing electrocatalytic performance. However, current Mn-Nx/C single-atom electrocatalysts suffer from high overpotentials because of their low intrinsic activity and unsatisfactory chemical stability. Herein, through an in-situ polymerization-assisted pyrolysis, the Co as a second metal is introduced into the Mn-Nx/C system to construct Co, Mn-Nx dual-metallic sites, which atomically disperse in N-doped 1D carbon nanorods, denoted as Co, Mn-N/CNR and hereafter. Using electron microscopy and X-ray absorption spectroscopy (XAS) techniques, we verify the uniform dispersion of CoN4 and MnN4 atomic sites and confirm the effect of Co doping on the MnN4 electronic structure. Density functional theory (DFT) calculations further elucidate that the energy barrier of rate-determining step (*OH desorption) decreases over the 2 N-bridged MnCoN6 moieties related to the pure MnN4. This work provides an effective strategy to modulate the local coordination environment and electronic structure of MnN4 active sites for improving their ORR activity and stability.
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