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Carbon‐Shielded Single‐Atom Alloy Material Family for Multi‐Functional Electrocatalysis

材料科学 电催化剂 催化作用 合金 双功能 碳纤维 吸附 密度泛函理论 析氧 氧气 电子结构 化学物理 化学工程 纳米技术 物理化学 复合材料 电极 计算化学 电化学 化学 有机化学 复合数 工程类
作者
Yueyu Tong,Jiaxin Liu,Liqun Wang,Bing‐Jian Su,Kuang‐Hsu Wu,Jenh‐Yih Juang,Feng Hou,Lichang Yin,Shi Xue Dou,Jian Liu,Ji Liang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (43) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202205654
摘要

Abstract Encapsulating metal‐based catalysts inside carbon sheaths is a frequently‐adopted strategy to enhance their durability under various harsh situations and improve their catalytic activity simultaneously. Such carbon encapsulation, however, imposes significant complications for directly modifying materials’ surface atomic/electronic configurations, fundamentally impeding the accurate tuning of their catalytic capabilities. Herein, a universal single‐atom alloy (SAA) strategy is reported to indirectly yet precisely manipulate the surface electronic structure of carbon‐encapsulated electrocatalysts. By versatilely constructing a SAA core inside an N‐doped carbon sheath, material's electrocatalytic capability can be flexibly tuned. The one with Ru‐SAA cores serves as an excellent bifunctional electrocatalyst for oxygen/hydrogen evolution, exhibiting minimal cell voltage of 1.55 V (10 mA cm −2 ) and outstanding mass activity of 1251 mA m for overall water splitting, while the one with Ir‐SAA cores possesses superior oxygen reduction activity with a half‐wave potential of 919 mV. Density functional theory calculations reveal that the doped atoms can simultaneously optimize the adsorption of protons (H*) and oxygenated intermediates (OH*, O*, and OOH*) to achieve the remarkable thermoneutral hydrogen evolution and enhanced oxygen evolution. This work thus demonstrates a versatile strategy to precisely modify the surface electronic properties of carbon‐shielded materials for optimized performances.

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