Revealing the importance of kinetics in N-coordinated dual-metal sites catalyzed oxygen reduction reaction

化学 催化作用 动力学 氧还原反应 键裂 电解质 金属 双重角色 反键分子轨道 氧气 无机化学 氧还原 组合化学 有机化学 物理化学 电子 物理 量子力学 原子轨道 电化学 电极
作者
Feiteng Wang,Wenping Xie,Lijun Yang,Daiqian Xie,Sen Lin
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:396: 215-223 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2021.02.016
摘要

In this work, the oxygen reduction reaction (ORR) process on dual-metal-nitrogen-carbon (DM-N-C) catalysts by including two important factors (potential of zero charge and potential-dependent kinetics of O-O bond cleavage) from first-principle calculations is systematically investigated. Our results reveal that the origin for the high activity of dual-metal sites can be attributed to the fact that introducing a second metal site can facilitate the O-O bond cleavage in the key OOH* intermediate during ORR and meanwhile mitigate the *OH removal issue. Importantly, we define a descriptor called “antibonding center” that simplifies the evaluation of the kinetics. Based on the advanced approach used in this work, we demonstrate that several DM-N-C electrocatalysts including FeFeN6, FeCoN6, and CoZnN6 have high ORR activity consistent with previous experiments, and also predict MnCoN6 can be more highly stable and active for acidic ORR. This study demonstrates the advantage of the dual metal sites for the ORR in acidic electrolyte and highlights the significance of kinetics in the theoretical study of ORR electrocatalysts.

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