The strain induced synergistic catalysis of FeN4 and MnN3 dual-site catalysts for oxygen reduction in proton- /anion- exchange membrane fuel cells

催化作用 质子交换膜燃料电池 化学 部分 产量(工程) 吸附 氧还原反应 Atom(片上系统) 质子 离子交换 氧原子 离子 拉伤 结晶学 无机化学 材料科学 立体化学 分子 有机化学 物理 电化学 电极 冶金 物理化学 嵌入式系统 计算机科学 内科学 医学 量子力学
作者
Shiqing Huang,Zelong Qiao,Panpan Sun,Kangwei Qiao,Kemei Pei,Liu Yang,Haoxiang Xu,Shitao Wang,Yan Huang,Yushan Yan,Dapeng Cao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:317: 121770-121770 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121770
摘要

The Fe-N-C single-atom catalysts (SACs) have been widely explored for oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells. However, how to improve the ORR activity by tailoring the electronic structure of Fe-N-C catalysts is challenging. Herein, we synthesize a Fe-Mn-N-C dual-atom catalyst (DAC) with new local structure of FeN4-MnN3 moiety, and it exhibits ultralow H2O2 yield and better ORR performance than Fe-N-C and Mn-N-C SACs. Importantly, the Fe-Mn-N-C-based proton-/anion- exchange membrane fuel cells present ultrahigh power densities of 1.048 W cm−2 and 1.321 W cm−2, respectively. DFT results reveal that the strain yielded by the formation of Mn-Fe bond significantly optimizes the electronic structure of the Fe-Mn-N-C, and the co-adsorption of the Fe-Mn dual-sites for *OOH not only almost completely suppresses the 2e- ORR, but also breaks the linear correlation between GOH* and GOOH* proposed by Norskov et al., which provides a new route for the design of dual- site catalysts.
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