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Fundamental Understanding of Electronic Structure in FeN4 Site on Electrocatalytic Activity via dz2‐Orbital‐Driven Charge Tuning for Acidic Oxygen Reduction

催化作用 价(化学) 活动站点 电催化剂 共价键 化学 电子结构 氧气 活动中心 化学物理 纳米技术 材料科学 光化学 计算化学 物理化学 有机化学 电化学 电极
作者
Xueli Li,Tengge Chen,Bolong Yang,Zhonghua Xiang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (16) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/anie.202215441
摘要

The structural diversity of active sites resulting from traditional pyrolysis hinder our understanding of the local coordination environment (LCE) around the active site, and its effects on performance in the oxygen reduction reaction (ORR). We created a series of FeN4 active-site configurations via a pyrolysis-free approach where LCEs are defined by covalent organic polymers (COPs). Our results suggest a more positive charge on iron atoms in the vicinity of an electron-withdrawing side-chain; that is, a high-valence configuration (FeH+ N4 ) that is achieved with a COPBTC @Cl-CNTs catalyst subject to dz2${{d}_{{z}^{2}}}$ -orbital tuning. A new descriptor ξ, defined as the band center of iron atoms projected on the 3dz2${{3d}_{{z}^{2}}}$ -orbital, was introduced to quantitively explain a volcano-like regulation mechanism. When ξ is distributed between -1.887 and -1.862 eV, the catalytic performance of the COPBTC @Cl-CNTs electrocatalyst is optimized.
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