Defect‐Triggered Orbital Hybridization in FeMn Dual‐Atom Catalysts Toward Sabatier‐Optimized Oxygen Reduction

反键分子轨道 化学 催化作用 轨道杂交 化学物理 纳米技术 材料科学 原子轨道 分子轨道 电子 分子轨道理论 物理 生物化学 有机化学 量子力学 分子
作者
Mengxin Liu,Ying Li,Yang Liu,Pengcheng Zhao,Jingshuai Li,Lin Tian,Dapeng Cao,Zhongwei Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (28): e202505268-e202505268 被引量:23
标识
DOI:10.1002/anie.202505268
摘要

Abstract Dual single‐atom catalysts (DSAs), leveraging synergistic dual‐site interactions, represent a promising frontier in electrocatalysis. However, the precise synthesis of dual‐atom pairs and fine‐tuning of their electronic structures remain significant challenges. Herein, we construct a defect‐engineered heteronuclear FeMn‐DSA anchored on a porous nitrogen‐doped carbon matrix (FeMn D SA / d NC) through a customized trinuclear‐defect trapping strategy. This defect modulation strategy effectively stabilizes dual atomic pairs while optimizing electronic structures to approach Sabatier's optimality, significantly boosting oxygen reduction reaction (ORR) performance. The FeMn D SA / d NC achieves a high half‐wave potential of 0.921 V in alkaline media, with assembled zinc‐air batteries demonstrating 291 mW cm −2 peak power density and stable charge/discharge cycling for over 500 h. Theoretical calculations reveal that defect‐mediated coordination adjacent to Fe‐Mn diatomic centers triggers charge redistribution, suppressing antibonding orbital populations while strengthening Fe 3 d z 2 with O 2p orbital hybridization. This modulation weakens O─O bonding through optimized * OOH adsorption configurations, thereby enhancing ORR kinetics. The present work provides valuable insights into the precise modulation and the underlying mechanisms of DSAs, advancing the design of electrocatalysts for energy storage and conversion applications.
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