Revealing the Active Sites in Atomically Dispersed Multi‐Metal–Nitrogen–Carbon Catalysts

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作者
Buwei Sun,Shiyu Zhang,Haozhou Yang,Tianyu Zhang,Qiujiang Dong,Wanxing Zhang,Jia Ding,Xiaogang Liu,Lei Wang,Xiaopeng Han,Wenbin Hu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:63
标识
DOI:10.1002/adfm.202315862
摘要

Abstract Atomically dispersed metal‐nitrogen‐carbon catalysts have been extensively explored for various sustainable energy‐related reactions. From a material perspective, these catalysts are likely to consist of a combination of single‐atom, dual‐atom and possibly even multi‐atom sites. However, pinpointing their true active sites has remained a challenging task. In this study, a model catalyst is introduced, Co/CoMn‐NC, featuring both Co single‐atom sites and CoMn dual‐atom sites on a nitrogen‐doped carbon substrate. By employing a combination of X‐ray adsorption spectroscopy and density functional theory calculations, the atomic configuration of Co/CoMn‐NC has been determined. Density functional theory calculations are also used to unequivocally identify Co‐atom within the CoMn dual‐atom motif as the predominate active site of the Co/CoMn‐NC model catalyst toward oxygen reduction reaction (ORR), which is further confirmed by in situ Raman spectroscopy. The cooperative interactions between Co single‐atom sites and CoMn dual‐atom sites can finely tune the d‐band center and ameliorate the adsorption and desorption behaviors of the intermediates, thereby facilitating ORR kinetic. Overall, the study introduces a systematic strategy to elucidate the structure and the superiority of the model system and provides new insights into atomically dispersed multi‐metal active sites, showcasing that enhanced catalytic performance extends beyond unified diatomic sites or monatomic sites.
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