p-d Orbital Hybridization Induced by Asymmetrical FeSn Dual Atom Sites Promotes the Oxygen Reduction Reaction

化学 对偶(语法数字) 还原(数学) 氧原子 氧气 Atom(片上系统) 光化学 分子 几何学 有机化学 艺术 文学类 数学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Xiaochen Wang,Ning Zhang,Shuohai Guo,Huishan Shang,Xuan Luo,Zhiyi Sun,Zihao Wei,Yuanting Lei,Lili Zhang,Dan Wang,Yafei Zhao,Fang Zhang,Liang Zhang,Xu Xiang,Wenxing Chen,Bing Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (31): 21357-21366 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03576
摘要

With more flexible active sites and intermetal interaction, dual-atom catalysts (DACs) have emerged as a new frontier in various electrocatalytic reactions. Constructing a typical p-d orbital hybridization between p-block and d-block metal atoms may bring new avenues for manipulating the electronic properties and thus boosting the electrocatalytic activities. Herein, we report a distinctive heteronuclear dual-metal atom catalyst with asymmetrical FeSn dual atom sites embedded on a two-dimensional C2N nanosheet (FeSn–C2N), which displays excellent oxygen reduction reaction (ORR) performance with a half-wave potential of 0.914 V in an alkaline electrolyte. Theoretical calculations further unveil the powerful p-d orbital hybridization between p-block stannum and d-block ferrum in FeSn dual atom sites, which triggers electron delocalization and lowers the energy barrier of *OH protonation, consequently enhancing the ORR activity. In addition, the FeSn–C2N-based Zn–air battery provides a high maximum power density (265.5 mW cm–2) and a high specific capacity (754.6 mA h g–1). Consequently, this work validates the immense potential of p-d orbital hybridization along dual-metal atom catalysts and provides new perception into the logical design of heteronuclear DACs.
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