Solvation Effect‐Determined Mechanisms of Cation Exchange Reactions for Efficient Multicomponent Nanocatalysts

化学 水溶液 电子转移 离子交换 吸附 溶剂化 反应机理 无机化学 物理化学 离子 结晶学 催化作用 有机化学
作者
Shangheng Liu,Xiaocan Wang,Wei‐Hsiang Huang,Qiu Gen Zhang,Jiajia Han,Yingtian Zhang,C. W. Pao,Zhiwei Hu,Yong Xu,Xiaoqing Huang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202418248
摘要

Cation exchange (CE) reaction is a classical synthesis method for creating complex structures. A lock of study on intrinsic mechanism limits its understanding and practical application. Using X‐ray absorption spectroscopy, we observed that the evolution from Ru−Cl to Ru−O/OH occurs during the CE between K2RuCl6 and CoSn(OH)6 in aqueous solution, while CE between K2PtCl6 and CoSn(OH)6 is inhibited due to the failure of structural evolution from Pt−Cl to Pt−O/OH. Theoretical simulations imply that the interaction between Ru−O and CoSn(OH)6 with Co vacancy (CoVCoSn(OH)6) endows the electron transfer, as a result of strengthened adsorption on CoVCoSn(OH)6. Moreover, this mechanism is validated for CE between K2RuCl6 and ASn(OH)6 (A = Mg, Ca, Mn, Co, Cu, Zn), and CE between K2PdCl6/Na3RhCl6/K2IrCl6 and CoSn(OH)6. Impressively, the Pt‐free CoRuSn(OH)x produced via CE displays a mass activity and a power density of 15.0 A mgRu−1 and 11.6 W mgRu−1, respectively, for anion exchange membrane fuel cell (AEMFC) exceeding the values of commercial PtRu/C (11.8 A mgRu+Pt−1 and 9.0 W mgRu+Pt−1). This work, for the first time, reveals the intrinsic mechanism of CE as structural evolution of target ion breaking through the traditional classic etch‐adsorption mechanism and will promote fundamental research and practical application in various fields.
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