Unraveling the Electronic Structure and Dynamics of the Atomically Dispersed Iron Sites in Electrochemical CO2 Reduction

化学 还原(数学) 电化学 动力学(音乐) 电子结构 化学物理 纳米技术 物理化学 计算化学 电极 几何学 数学 声学 物理 材料科学
作者
Yaqiong Zeng,Jian Zhao,Shifu Wang,Xinyi Ren,Yuanlong Tan,Ying‐Rui Lu,Shibo Xi,Junhu Wang,Frédéric Jaouen,Xuning Li,Yanqiang Huang,Tao Zhang,Bin Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (28): 15600-15610 被引量:104
标识
DOI:10.1021/jacs.3c05457
摘要

Single-atom catalysts with a well-defined metal center open unique opportunities for exploring the catalytically active site and reaction mechanism of chemical reactions. However, understanding of the electronic and structural dynamics of single-atom catalytic centers under reaction conditions is still limited due to the challenge of combining operando techniques that are sensitive to such sites and model single-atom systems. Herein, supported by state-of-the-art operando techniques, we provide an in-depth study of the dynamic structural and electronic evolution during the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) of a model catalyst comprising iron only as a high-spin (HS) Fe(III)N4 center in its resting state. Operando 57Fe Mössbauer and X-ray absorption spectroscopies clearly evidence the change from a HS Fe(III)N4 to a HS Fe(II)N4 center with decreasing potential, CO2- or Ar-saturation of the electrolyte, leading to different adsorbates and stability of the HS Fe(II)N4 center. With operando Raman spectroscopy and cyclic voltammetry, we identify that the phthalocyanine (Pc) ligand coordinating the iron cation center undergoes a redox process from Fe(II)Pc to Fe(II)Pc-. Altogether, the HS Fe(II)Pc- species is identified as the catalytic intermediate for CO2RR. Furthermore, theoretical calculations reveal that the electroreduction of the Pc ligand modifies the d-band center of the in situ generated HS Fe(II)Pc- species, resulting in an optimal binding strength to CO2 and thus boosting the catalytic performance of CO2RR. This work provides both experimental and theoretical evidence toward the electronic structural and dynamics of reactive sites in single-Fe-atom materials and shall guide the design of novel efficient catalysts for CO2RR.
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
量子星尘发布了新的文献求助10
3秒前
yes完成签到 ,获得积分10
5秒前
sonicker完成签到 ,获得积分10
5秒前
6秒前
8秒前
蓦然完成签到,获得积分20
8秒前
三石完成签到,获得积分10
10秒前
柔弱翎完成签到,获得积分10
16秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
18秒前
kellen完成签到,获得积分10
18秒前
control完成签到,获得积分10
23秒前
25秒前
小许完成签到 ,获得积分10
26秒前
岩松完成签到 ,获得积分10
26秒前
乘风破浪完成签到 ,获得积分10
27秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
29秒前
张庭豪完成签到,获得积分10
30秒前
兴奋雁风完成签到 ,获得积分10
32秒前
小高同学完成签到,获得积分10
33秒前
zhangxinan完成签到,获得积分10
36秒前
小破仁完成签到,获得积分10
37秒前
kimiwanano完成签到,获得积分10
39秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
41秒前
彩色的蓝天完成签到,获得积分10
45秒前
昏睡的妙梦完成签到,获得积分10
45秒前
术语完成签到 ,获得积分10
53秒前
58秒前
田田完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
活泼的寒安完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
结实的丹雪完成签到,获得积分10
1分钟前
杜飞完成签到,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
苗条白枫完成签到 ,获得积分10
1分钟前
嗯嗯应助如意元容采纳,获得10
1分钟前
踏实的无敌完成签到,获得积分10
1分钟前
科研通AI6应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 6000
Real World Research, 5th Edition 680
Qualitative Data Analysis with NVivo By Jenine Beekhuyzen, Pat Bazeley · 2024 660
Superabsorbent Polymers 600
Handbook of Migration, International Relations and Security in Asia 555
A retrospective multi-center chart review study on the timely administration of systemic corticosteroids in children with moderate-to-severe asthma exacerbations 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5677061
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4970068
关于积分的说明 15159298
捐赠科研通 4836738
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2591299
邀请新用户注册赠送积分活动 1544759
关于科研通互助平台的介绍 1502754