Operando Cooperated Catalytic Mechanism of Atomically Dispersed Cu−N4 and Zn−N4 for Promoting Oxygen Reduction Reaction

催化作用 氧还原反应 金属 化学 Atom(片上系统) 氧化态 结晶学 物理化学 无机化学 有机化学 电化学 电极 计算机科学 嵌入式系统
作者
Miaomiao Tong,Fanfei Sun,Ying Xie,Ying Wang,Yuqi Yang,Chungui Tian,Lei Wang,Honggang Fu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:133 (25): 14124-14131 被引量:21
标识
DOI:10.1002/ange.202102053
摘要

Abstract Dual‐metal single‐atom catalysts exhibit superior performance for oxygen reduction reaction (ORR), however, the synergistic catalytic mechanism is not deeply understood. Herein, we report a dual‐metal single‐atom catalyst consisted of Cu−N 4 and Zn−N 4 on the N‐doped carbon support (Cu/Zn−NC). It exhibits high‐efficiency ORR activity with an E onset of 0.98 V and an E 1/2 of 0.83 V, excellent stability (no degradation after 10 000 cycles), surpassing state‐of‐the‐art Pt/C and great mass of Pt‐free single atom catalysts. Operando XANES demonstrates that the Cu−N 4 as active center experiences the change from atomic dispersion to cluster with the cooperation of Zn−N 4 during ORR process, and then turns to single atom state again after reaction. DFT calculation further indicates that the adjustment effect of Zn on the d‐orbital electron distribution of Cu could benefit to the stretch and cleavage of O‐O on Cu active center, speeding up the process of rate determining step of OOH*.
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