Hierarchical‐Pore‐Stabilization Strategy for Fabricating 18.3 wt% High‐Loading Single‐Atom Catalyst for Oxygen Reduction Reaction

催化作用 水溶液 热解 介孔材料 化学工程 材料科学 吸附 Atom(片上系统) 光催化 金属 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 冶金 嵌入式系统 工程类 计算机科学
作者
Tianxi He,Xiaoyuan Zhang,Dan Li,Yanyang Qin,Hongyang Zhao,Yuantao Wei,Yang Wang,Shenghua Chen,Shujiang Ding,Chunhui Xiao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (17): e2308530-e2308530 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202308530
摘要

Abstract Metal single‐atom catalysts (M‐SACs) attract extraordinary attention for promoting oxygen reduction reaction (ORR) with 100% atomic utilization. However, low metal loading (usually less than 2 wt%) limits their overall catalytic performance. Herein, a hierarchical‐structure‐stabilization strategy for fabricating high‐loading (18.3%) M‐SACs with efficient ORR activity is reported. Hierarchical pores structure generated with high N content by SiO 2 can provide more coordination sites and facilitate the adsorption of Fe 3+ through mesoporous and confinement effect of it stabilizes Fe atoms in micropores on it during pyrolysis. High N content on hierarchical pores structure could provide more anchor sites of Fe atoms during the subsequent secondary pyrolysis and synthesize the dense and accessible Fe‐N 4 sites after subsequent pyrolysis. In addition, Se power is introduced to modulate the electronic structure of Fe‐N 4 sites and further decrease the energy barrier of the ORR rate‐determining step. As a result, the Fe single atom catalyst delivers unprecedentedly high ORR activity with a half‐wave potential of 0.895 V in 0.1 M KOH aqueous solution and 0.791 V in 0.1 M HClO 4 aqueous solution. Therefore, a hierarchical‐pore‐stabilization strategy for boosting the density and accessibility of Fe‐N 4 species paves a new avenue toward high‐loading M‐SACs for various applications such as thermocatalysis and photocatalysis.
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