Atomically Dispersed Fe-N4 Modified with Precisely Located S for Highly Efficient Oxygen Reduction

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作者
Yin Jia,Xuya Xiong,Danni Wang,Xinxuan Duan,Kai Sun,Yajie Li,Lirong Zheng,Wen‐Feng Lin,Mingdong Dong,Guoxin Zhang,Wen Liu,Xiaoming Sun
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (1) 被引量:126
标识
DOI:10.1007/s40820-020-00456-8
摘要

Abstract Immobilizing metal atoms by multiple nitrogen atoms has triggered exceptional catalytic activity toward many critical electrochemical reactions due to their merits of highly unsaturated coordination and strong metal-substrate interaction. Herein, atomically dispersed Fe-NC material with precise sulfur modification to Fe periphery (termed as Fe-NSC) was synthesized, X-ray absorption near edge structure analysis confirmed the central Fe atom being stabilized in a specific configuration of Fe(N 3 )(N–C–S). By enabling precisely localized S doping, the electronic structure of Fe-N 4 moiety could be mediated, leading to the beneficial adjustment of absorption/desorption properties of reactant/intermediate on Fe center. Density functional theory simulation suggested that more negative charge density would be localized over Fe-N 4 moiety after S doping, allowing weakened binding capability to *OH intermediates and faster charge transfer from Fe center to O species. Electrochemical measurements revealed that the Fe-NSC sample exhibited significantly enhanced oxygen reduction reaction performance compared to the S-free Fe-NC material (termed as Fe-NC), showing an excellent onset potential of 1.09 V and half-wave potential of 0.92 V in 0.1 M KOH. Our work may enlighten relevant studies regarding to accessing improvement on the catalytic performance of atomically dispersed M-NC materials by managing precisely tuned local environments of M-N x moiety.
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