Non-bonding interaction of dual atom catalysts for enhanced oxygen reduction reaction

过电位 材料科学 催化作用 密度泛函理论 塔菲尔方程 扩展X射线吸收精细结构 X射线光电子能谱 氧烷 石墨烯 电子顺磁共振 扫描透射电子显微镜 电子转移 电子结构 吸收光谱法 光谱学 物理化学 计算化学 纳米技术 透射电子显微镜 有机化学 核磁共振 电化学 化学 电极 物理 量子力学
作者
Mohsen Tamtaji,Qiuming Peng,Tongchao Liu,Xue Zhao,Zhihang Xu,Patrick Ryan Galligan,Md Delowar Hossain,Zhenjing Liu,Hoilun Wong,Hongwei Liu,Khalil Amine,Ye Zhu,William A. Goddard,Wenting Wu,Zhengtang Luo
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:108: 108218-108218 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108218
摘要

We demonstrate the design of graphene-supported dual atom catalysts (DACs) for the four-electron oxygen reduction reaction (ORR), by utilizing the non-bonding interaction of counterpart metals (M) that synergistically tune the electronic properties and catalytic activity of the Fe active site in FeMN6-DAC and FeMN8-DAC systems, where M stands for Fe, Co, Ni, Cu, and Zn. More specifically, for Fe-M distances below 15 Å, the non-bonding interaction is significant, making the system act as the DAC. We predicted that FeNiN6-DAC and FeNiN8-DAC exhibit a low ORR overpotential (ηORR) of 0.28 V and 0.47 V, respectively, which are at the summits of volcano plots. This low ηORR originates from the high Bader charge transfer coupled with high spin density at the Fe site in both the FeNiN6-DAC and FeNiN8-DAC systems, which weakens the adsorption of OH* intermediate while enhancing its desorption to H2O. Guided by these density functional theory (DFT) computational results, we synthesized FeCoN8-DAC and FeNiN8-DAC along with N-doped graphene and confirmed their structures with scanning transmission electron microscopy (STEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray absorption near-edge structure (XANES), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), and electron spin resonance (ESR). We verify experimentally the catalytic activities and find that FeNiN8-DAC has the low experimental overpotential of 0.39 V with a Tafel slope of 47 mVdec−1. Based on these results, we propose a DFT-guided strategy to tune the charge transfer and spin population of the active site toward designing DACs for electrochemical ORR.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
HEIKU应助热心的早晨采纳,获得10
刚刚
xxx发布了新的文献求助10
1秒前
科研通AI5应助nuliya采纳,获得10
1秒前
kira完成签到,获得积分10
2秒前
刘星星发布了新的文献求助30
3秒前
3秒前
3秒前
3秒前
汉堡包应助LYM采纳,获得10
3秒前
吉势甘发布了新的文献求助10
3秒前
zhu应助七块采纳,获得10
4秒前
5秒前
SweepingMonk应助kkkkkw采纳,获得10
5秒前
Summer完成签到,获得积分10
5秒前
研友_VZG7GZ应助starryxm采纳,获得10
5秒前
5秒前
WilsonT发布了新的文献求助20
5秒前
3-HP完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
kira发布了新的文献求助10
5秒前
大个应助丸子采纳,获得10
6秒前
EiRoco_0r完成签到,获得积分10
6秒前
wendinfgmei完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
小前途完成签到,获得积分10
7秒前
大方小白发布了新的文献求助10
7秒前
S1mple_gentleman完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
8秒前
啊大大哇发布了新的文献求助10
9秒前
Jenny应助lan采纳,获得10
9秒前
小前途发布了新的文献求助10
10秒前
zino发布了新的文献求助10
10秒前
好好完成签到,获得积分10
10秒前
科研通AI5应助keigo采纳,获得10
10秒前
11秒前
Blaseaka完成签到 ,获得积分10
11秒前
xiu发布了新的文献求助10
11秒前
Anne应助zzzzzk采纳,获得10
11秒前
高分求助中
Continuum Thermodynamics and Material Modelling 3000
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2700
Social media impact on athlete mental health: #RealityCheck 1020
Ensartinib (Ensacove) for Non-Small Cell Lung Cancer 1000
Unseen Mendieta: The Unpublished Works of Ana Mendieta 1000
Bacterial collagenases and their clinical applications 800
El viaje de una vida: Memorias de María Lecea 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 量子力学 光电子学 冶金
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3527469
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3107497
关于积分的说明 9285892
捐赠科研通 2805298
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1539865
邀请新用户注册赠送积分活动 716714
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 709678