Vacancy Defects Inductive Effect of Asymmetrically Coordinated Single‐Atom Fe─N3S1 Active Sites for Robust Electrocatalytic Oxygen Reduction with High Turnover Frequency and Mass Activity

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作者
Yilin Zhao,Hsiao‐Chien Chen,Xuelu Ma,Jiaye Li,Qing Yuan,Peng Zhang,Minmin Wang,Junxi Li,Min Li,Shifu Wang,Han Guo,Ruanbo Hu,Kun‐Hua Tu,Wei Zhu,Xuning Li,Xuan Yang,Yuan Pan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (11): e2308243-e2308243 被引量:147
标识
DOI:10.1002/adma.202308243
摘要

Abstract The development of facile, efficient synthesis method to construct low‐cost and high‐performance single‐atom catalysts (SACs) for oxygen reduction reaction (ORR) is extremely important, yet still challenging. Herein, an atomically dispersed N, S co‐doped carbon with abundant vacancy defects (NSC‐vd) anchored Fe single atoms (SAs) is reported and a vacancy defects inductive effect is proposed for promoting electrocatalytic ORR. The optimized catalyst featured of stable Fe─N 3 S 1 active sites exhibits excellent ORR activity with high turnover frequency and mass activity. In situ Raman, attenuated total reflectance surface enhanced infrared absorption spectroscopy reveal the Fe─N 3 S 1 active sites exhibit different kinetic mechanisms in acidic and alkaline solutions. Operando X‐ray absorption spectra reveal the ORR activity of Fe SAs/NSC‐vd catalyst in different electrolyte is closely related to the coordination structure. Theoretical calculation reveals the upshifted d band center of Fe─N 3 S 1 active sites facilitates the adsorption of O 2 and accelerates the kinetics process of *OH reduction. The abundant vacancy defects around the Fe─N 3 S 1 active sites balance the OOH* formation and *OH reduction, thus synergetically promoting the electrocatalytic ORR process.
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