Tuning the Coordination Microenvironment of Central Fe Active Site to Boost Water Electrolysis and Oxygen Reduction Activity

过电位 电催化剂 析氧 催化作用 配体(生物化学) 电解水 化学 氧气 电解 化学物理 材料科学 物理化学 电极 电化学 电解质 受体 有机化学 生物化学
作者
Shuhua Wang,Baibiao Huang,Ying Dai,Wei Wei
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (2) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/smll.202205111
摘要

In heterogeneous catalysis, single-atom catalysts are the frontier and important prototypes for many reactions, and revealing the intrinsic structure-activity relationship is presently a critical task, but remains challenging. In this work, water electrolysis and oxygen reduction performances of FeXYi N3-i (X, Y = B, C, O, P and S; i = 0, 1) moiety in Fe-porphyrin are studied by the first-principles calculations, aiming at unraveling how and why tuning the coordination microenvironment of the active metal atom can improve the activity. It can be concluded that breaking the coordination shell symmetry breaks the well-accepted standard scaling relationship, adjusts *O adsorption behavior and thus optimizes the oxygen evolution reaction (OER) activity, for example, to an extremely low overpotential of 0.17 V. In combination with the Fe atom spin configuration and ligand field theory, the dramatically improved OER activity can be well explained. In the present work, the significance of the coordination microenvironment of central metal atom in studies of electrocatalysis is highlighted.
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