Hydrogen-Bond-Promoted ORR Mechanism in P-Doped Fe–N–C Materials

杂原子 化学 催化作用 兴奋剂 掺杂剂 氢键 氧气 无机化学 材料科学 分子 有机化学 戒指(化学) 光电子学
作者
Bing Li,Chunsheng Shi,Naiqin Zhao,Enzuo Liu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (2): 1023-1031 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c07160
摘要

P-doping has been widely adopted in M–N–C materials to enhance the catalytic activity of oxygen reduction reaction (ORR). However, the ORR mechanism of P-doping remains elusive. Herein, based on the first-principles calculations, the stability of P-doped FeN4 is studied, and surface coverage versus potential is determined by the microkinetic model. It is revealed that the O*P coverage is stable at full potential due to the strong oxygen adsorption of P dopants, resulting in the hydrogen bond forming between OH*Fe and O*P. Thereby, the hydrogen-bond-promoted ORR mechanism is discovered. That is, the hydrogen bond between OH*Fe–O*P favors axial OH ligands covering at the broad potential range and thus promotes the ORR performance of FeN4 both thermodynamically and kinetically. The core of the hydrogen-bond-regulated mechanism is that the oxygen species introduced by doping atoms will impact the ORR process at metal sites, and the methodology can also be applied to study other heteroatom-doped single-atom electrocatalysts.
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