Electron redistribution and proton transfer induced by atomically fully exposed Cu-O-Fe clusters coupled with single-atom sites for efficient oxygen electrocatalysis

材料科学 电催化剂 再分配(选举) 氧气 电子转移 质子 Atom(片上系统) 氧原子 电子 化学物理 原子物理学 光化学 物理化学 电极 分子 化学 电化学 物理 有机化学 嵌入式系统 政治 量子力学 法学 计算机科学 政治学
作者
Enze Zhu,Tianle Zheng,Jie Yu,Chaoyang Shi,Linxiang Zhou,Haodong Jin,Jirong Yang,Guangtao Luo,Danyang Wei,Xikun Yang,Mingli Xu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:69: 103410-103410 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103410
摘要

Single-atom catalysts have garnered significant attention by showing sparkling performance in the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) on the air cathode side of energy devices such as metal-air batteries and fuel cells. This work presents a novel catalyst, AC-CuFe-NC, that incorporates Fe-doped CuO atomic clusters (CuOFe) synergistically with single-atom sites. The AC-CuFe-NC demonstrates outstanding ORR performance (half-wave potential of 0.92 V) and an oxygen overpotential gap between ORR and OER as low as 0.61 V, which is among the top reported performances. Combined with in situ ATR-SEIRAS and DFT calculations, it is shown that the synergistic CuOFe atomic clusters are effective in inducing the electronic structure redistribution of the Fe single-atom site, modulating oxygen adsorption energy, and lowering ORR barriers. More importantly, it is revealed that the synergistic adsorption of clusters and single-atom sites establishes hydrogen bonds between the oxygenated intermediates and the electrolyte H2O molecules. The constructed hydrogen bond can provide a pathway for efficient proton transport as supported by kinetic isotope experiments, leading to a substantial enhancement in reaction kinetics. Additionally, the oxygenated intermediates are stabilized, and the Fe-O bond is elongated during the final step of ORR, thereby facilitating the desorption of OH*. The excellent bifunctional electrocatalytic performance of AC-CuFe-NC enable it to show promising application in rechargeable Zn-air batteries. The innovative catalyst structure and synergistic mechanism demonstrated in this study shed light on the development of high-performance catalysts in energy devices.
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
整齐半青完成签到 ,获得积分10
刚刚
大昕发布了新的文献求助10
刚刚
凌代萱发布了新的文献求助10
1秒前
狂野的巨人完成签到 ,获得积分10
1秒前
灿烂完成签到,获得积分10
1秒前
柳暗花明1302完成签到,获得积分10
1秒前
未闻明日之花完成签到,获得积分10
2秒前
75986686完成签到,获得积分10
2秒前
hearz发布了新的文献求助10
2秒前
负责金毛完成签到,获得积分10
2秒前
fan051500完成签到,获得积分10
3秒前
清脆乐曲完成签到,获得积分10
3秒前
arzw完成签到,获得积分10
3秒前
勤奋的天亦完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
哒哒哒完成签到,获得积分10
4秒前
天水张家辉完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
乐一李完成签到,获得积分10
5秒前
ding应助无敌是多么寂寞采纳,获得10
5秒前
zyyyyyyyy完成签到 ,获得积分10
5秒前
会飞的蜗牛完成签到,获得积分10
5秒前
沉默的凝荷完成签到,获得积分10
5秒前
布小丁完成签到,获得积分20
6秒前
lv完成签到,获得积分10
6秒前
pikachu完成签到,获得积分10
6秒前
KYTHUI完成签到,获得积分10
6秒前
贺兰鸵鸟完成签到,获得积分10
7秒前
Rain1god完成签到,获得积分10
7秒前
kma完成签到,获得积分10
7秒前
南方周末完成签到,获得积分10
7秒前
凌代萱完成签到 ,获得积分10
8秒前
阿哲完成签到,获得积分10
8秒前
myuniv发布了新的文献求助10
8秒前
莫x莫完成签到 ,获得积分10
8秒前
Tingshan完成签到,获得积分10
8秒前
静待花开完成签到 ,获得积分10
8秒前
9秒前
叶子完成签到,获得积分10
9秒前
SciGPT应助会飞的蜗牛采纳,获得10
10秒前
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
Architectural Corrosion and Critical Infrastructure 1000
Electrochemistry: Volume 17 600
Physical Chemistry: How Chemistry Works 500
SOLUTIONS Adhesive restoration techniques restorative and integrated surgical procedures 500
Energy-Size Reduction Relationships In Comminution 500
Principles Of Comminution, I-Size Distribution And Surface Calculations 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4946045
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4210330
关于积分的说明 13087390
捐赠科研通 3990895
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2184843
邀请新用户注册赠送积分活动 1200218
关于科研通互助平台的介绍 1113922