Fine-Tuning Dual Single-Atom Metal Sites on Graphene toward Enhanced Oxygen Reduction Reaction Activity

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作者
Evan Xie,Xijun Wang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (42): 9392-9402 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c02273
摘要

The oxygen reduction reaction (ORR) remains at the forefront of research in diverse energy and sustainability domains. While graphene-supported single-atom catalysts (SACs) have garnered attention for optimizing ORR efficiency, tailoring the interactions between adjacent single-atom sites presents intricate challenges. In this study, we leveraged density functional theory (DFT) calculations and cutting-edge machine learning (ML) techniques to explore 144 graphene-supported SACs, featuring interacting M1–N4 and M2–N4 moieties (M1, M2 = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag Ir, Pt, Au), denoted as M1–M2. By tailoring these interactions, we discovered 13 exceptional SACs outperforming the benchmark catalyst Fe(OH)–N4, including the best-performing Fe–Pd and several non-noble-metal SACs like Fe–Ag, Ag–Cu, and Ag–Ag. Venturing further, our ML models effectively capture the correlation between single-atom metal properties and overpotential, offering tools for rational electrocatalyst design. Our study illuminates the path to efficient SAC-catalyzed ORR, fostering a sustainable, energy-efficient future.
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