New insights into the key bifunctional role of sulfur in Fe–N–C single-atom catalysts for ORR/OER

双功能 硫黄 杂原子 催化作用 兴奋剂 Atom(片上系统) 金属 纳米技术 磷酸果糖激酶2 化学 材料科学 组合化学 有机化学 光电子学 计算机科学 戒指(化学) 嵌入式系统
作者
Xiaofei Zhang,Qi Zhang,Jiewu Cui,Jian Yan,Jiaqin Liu,Yucheng Wu
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (8): 3212-3223 被引量:45
标识
DOI:10.1039/d1nr07851h
摘要

Sulfur-doping of non-noble metal Fe-N-C single-atom catalysts (SACs) shows a key bifunctional role in promoting ORR and OER activity. The controversial claims about the enhanced ORR activity and the ambiguity of the OER activity brought about by S-doping demand in-depth investigation. Here, systematic theoretical investigation was carried out. Unlike previously believed, coordinative S-doping gives rise to a precisely regulated OOH* stabilization effect, which is revealed to be the origin of the bifunctional ORR/OER activity. The fine regulation is reflected in two aspects: (1) Compared with other intermediates, the regulation of OOH* adsorption is more obvious. (2) More sulfur-doping leads to excessive strong or weak stabilization, which is not conducive to ORR/OER. The single S doping elevates the charge density and opens the metallic spin channels of Fe-N3|S, moves the d-band center towards the Fermi level, all contributing to moderate OOH* stabilization. It is hoped that these results will promote the development of heteroatom-doped bifunctional SACs.
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