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

催化作用 电化学 氧化还原 化学 氧化态 配体(生物化学) 循环伏安法 电子结构 拉曼光谱 X射线吸收光谱法 金属 反应机理 吸收光谱法 光化学 物理化学 无机化学 计算化学 电极 光学 物理 量子力学 受体 有机化学 生物化学
作者
Frédéric Jaouen,Yachao Zeng,Jian Zhao,Shifu Wang,Xinyi Ren,Yuanlong Tan,Ying-Rui Lu,Shibo Xi,Shengping Wang,Xuning Li,Yanqiang Huang,Zhang Taozhu,Bin Liu
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-2451292/v1
摘要

Abstract 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 condition 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 electrochemical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) of a model catalyst comprising iron only as a high-spin (HS) Fe(III)N 4 center in its resting state. Operando 57 Fe Mössbauer and X-ray absorption spectroscopies clearly evidence the change from a HS Fe(III)N 4 to a HS Fe(II)N 4 center with decreasing potential, CO 2 - or Ar-saturation of the electrolyte leading to different adsorbates and stability of the HS Fe(II)N 4 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 CO 2 RR. 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 CO 2 and thus boosting the catalytic performance of CO 2 RR. This work provides both experimental and theoretical evidence towards the electronic structural and dynamics of reactive sites in single-Fe-atom materials and shall guide the design of novel efficient catalysts for CO 2 RR.

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
刚刚
瓜6完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
威武雪兰完成签到,获得积分10
1秒前
星辰大海应助11采纳,获得10
1秒前
令狐发布了新的文献求助10
1秒前
lpk发布了新的文献求助10
1秒前
依米医意发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
ZZY发布了新的文献求助10
2秒前
一灯大师发布了新的文献求助10
2秒前
yunyun发布了新的文献求助10
2秒前
ZeKaWa应助FLZLC采纳,获得10
3秒前
所所应助李乐乐乐乐采纳,获得10
3秒前
Hhhhh完成签到,获得积分10
3秒前
嗯嗯哈哈完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
量子星尘发布了新的文献求助20
4秒前
4秒前
4秒前
杨雨馨发布了新的文献求助10
5秒前
王莹发布了新的文献求助10
5秒前
852应助lll采纳,获得10
6秒前
clark完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
赘婿应助晨晨采纳,获得10
6秒前
6秒前
Hello应助Chang采纳,获得10
7秒前
navvv完成签到,获得积分10
7秒前
武宗文发布了新的文献求助10
7秒前
000完成签到 ,获得积分10
7秒前
FashionBoy应助哎呀采纳,获得10
8秒前
8秒前
8秒前
灵巧的孤容完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
何甜完成签到,获得积分10
9秒前
辛勤依凝发布了新的文献求助10
9秒前
嗯嗯哈哈发布了新的文献求助10
10秒前
高分求助中
Theoretical Modelling of Unbonded Flexible Pipe Cross-Sections 10000
(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
《药学类医疗服务价格项目立项指南(征求意见稿)》 880
花の香りの秘密―遺伝子情報から機能性まで 800
3rd Edition Group Dynamics in Exercise and Sport Psychology New Perspectives Edited By Mark R. Beauchamp, Mark Eys Copyright 2025 600
1st Edition Sports Rehabilitation and Training Multidisciplinary Perspectives By Richard Moss, Adam Gledhill 600
Digital and Social Media Marketing 500
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 5619405
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4704160
关于积分的说明 14926129
捐赠科研通 4759826
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2550547
邀请新用户注册赠送积分活动 1513336
关于科研通互助平台的介绍 1474401