In Situ Phosphatizing of Triphenylphosphine Encapsulated within Metal–Organic Frameworks to Design Atomic Co1–P1N3 Interfacial Structure for Promoting Catalytic Performance

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作者
Jiawei Wan,Zhenghang Zhao,Huishan Shang,Bo Peng,Wenxing Chen,Jiajing Pei,Lirong Zheng,Juncai Dong,Rui Cao,Ritimukta Sarangi,Zhuoli Jiang,Danni Zhou,Zhongbin Zhuang,Jiatao Zhang,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (18): 8431-8439 被引量:406
标识
DOI:10.1021/jacs.0c02229
摘要

The engineering coordination environment offers great opportunity in performance tunability of isolated metal single-atom catalysts. For the most popular metal-Nx (MNx) structure, the replacement of N atoms by some other atoms with relatively weak electronegativity has been regarded as a promising strategy for optimizing the coordination environment of an active metal center and promoting its catalytic performance, which is still a challenge. Herein, we proposed a new synthetic strategy of an in situ phosphatizing of triphenylphosphine encapsulated within metal-organic frameworks for designing atomic Co1-P1N3 interfacial structure, where a cobalt single atom is costabilized by one P atom and three N atoms (denoted as Co-SA/P-in situ). In the acidic media, the Co-SA/P-in situ catalyst with Co1-P1N3 interfacial structure exhibits excellent activity and durability for the hydrogen evolution reaction (HER) with a low overpotential of 98 mV at 10 mA cm-2 and a small Tafel slope of 47 mV dec-1, which are greatly superior to those of catalyst with Co1-N4 interfacial structure. We discover that the bond-length-extended high-valence Co1-P1N3 atomic interface structure plays a crucial role in boosting the HER performance, which is supported by in situ X-ray absorption fine structure (XAFS) measurements and density functional theory (DFT) calculation. We hope this work will promote the development of high performance metal single-atom catalysts.
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