Identification of In Situ Generated High-Spin Fe(II)-N4 Active Sites for Acidic Oxygen Reduction Reaction via Operando 57Fe Mössbauer Spectroscopy

催化作用 化学 吸附 密度泛函理论 活动站点 无机化学 反应机理 化学工程 活化能 质子交换膜燃料电池 光谱学 氧气 氧还原反应 活动中心 碳纤维 多相催化 工作(物理) 纳米颗粒 反应中间体 膜 燃料电池 光化学 氧化还原 反应级数 原位 活性炭 组合化学 X射线光电子能谱 直接乙醇燃料电池 合理设计 活性氧
作者
Xiong Zhang,Jian Fei Zhao,Changqi Heng,Yiyang Lei,Minyan Yu,Zhonghua Xiang,Michael Y. Hu,Jiyong Zhao,E.E. Alp,Xuning Li,Yanqiang Huang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (10): 8996-9007 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c09332
摘要

Abstract Iron-nitrogen-carbon (FeNC) catalysts are considered among the most promising alternative to Pt catalysts in acidic oxygen reduction reaction (ORR), yet the geometric and electronic structures of the true active site under reaction conditions have not been clearly elucidated. Herein, we synthesized a representative FeNC catalyst by pyrolyzing Fe3+ absorbed on ZIF-8-derived N-doped carbon at a mild temperature under the H2/Ar atmosphere, where a formation mechanism of FeN4 sites through a Zn-mediated Fe nanoparticle atomization process was proposed. The resulting FeNC-750 catalyst shows high acidic ORR activity with a half-wave potential of 0.838 V and a peak power density of 1 W cm-2 in proton-exchange membrane fuel cell (PEMFC). By using operando 57Fe Mössbauer spectroscopy on FeNC-750, it was revealed that the pyrrolic N-coordinated high-spin Fe2+N4 sites, which are in situ generated from high-spin Fe3+N4 during ORR, are identified as catalytic active states. Density functional theory calculations further verified that, compared to the pyridinic N-coordinated low-spin Fe2+N4, the pyrrolic N-coordinated high-spin Fe2+ exhibits optimized adsorption energy for reaction intermediates, thereby lowering the energy barrier of the rate-determining step (RDS) and facilitating OH* desorption. This work provides both experimental and theoretical evidence of the true active site in the FeNC during acidic ORR, offering significant insights for the rational design of high-performance materials for acidic fuel cells.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI6.2的应助被ho采纳,获得10
1秒前
CodeCraft的应助被ho采纳,获得80
1秒前
田様的应助被ho采纳,获得30
1秒前
MOMO100发布了新的文献求助20
1秒前
科研通AI6.4的应助被ho采纳,获得10
1秒前
科目三的应助被ho采纳,获得10
2秒前
陈全刚完成签到,获得积分10
2秒前
搜集达人的应助被ho采纳,获得10
2秒前
csghgh完成签到,获得积分10
2秒前
jiao的应助被呵呵呵呵采纳,获得10
3秒前
李子发布了新的文献求助10
3秒前
沙漠西瓜皮完成签到 ,获得积分10
4秒前
moya发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
莲咪的酒窝完成签到 ,获得积分20
5秒前
一棵梨子树完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
6秒前
7秒前
Lemon完成签到,获得积分10
7秒前
Ava的应助被芝士鑫鑫采纳,获得10
7秒前
无花果的应助被zhenghua采纳,获得10
7秒前
aaron发布了新的文献求助10
8秒前
苹果河马完成签到,获得积分10
8秒前
传奇3的应助被JinghaoLi采纳,获得30
8秒前
秋风的应助被嗯嗯采纳,获得10
8秒前
9秒前
shinku发布了新的文献求助10
9秒前
自由定义发布了新的文献求助10
9秒前
aajhajkahna的应助被粥粥爱糊糊采纳,获得10
9秒前
water的应助被ho采纳,获得10
9秒前
一行白鹭上青天完成签到,获得积分10
9秒前
科研通AI6.4的应助被ho采纳,获得10
9秒前
9秒前
科研通AI6.4的应助被熙悦采纳,获得10
9秒前
Jasper的应助被Fzq采纳,获得10
10秒前
wjl完成签到,获得积分20
10秒前
10秒前
哇哇发布了新的文献求助30
10秒前
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Les Mots du discours 600
A Consideration on Use of Material Grades for Hull Structural Members Based on Fracture Toughness(Second Report) 500
AI Disclosure in Annual Reports: Evolution, Determinants, and Capital Market Participants’ Perceptions 500
5th World Conference on Detergents: Reinventing the Industry : Opportunities and Challenges 500
Erzählte Gnade 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8110003
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9517540
关于积分的说明 21512953
捐赠科研通 7687177
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3411435
关于科研通互助平台的介绍 2538608
邀请新用户注册赠送积分活动 2451407