Evolution of Nitrogen‐Coordinated Metal Single Atoms Toward Single‐Atom Alloys on MgH₂ as Efficient and Stable Hydrogen Spillover Catalysts

脱氢 催化作用 氢溢流 材料科学 氢气储存 价(化学) 金属 过渡金属 氢化物 无机化学 解吸 光化学 合金 物理化学 化学 有机化学 冶金 吸附
作者
Yao Pang,Xin Wan,Yongcheng Li,Mengchen Song,Xiaofang Liu,Jiaxiang Shang,Lirong Zheng,Jianglan Shui
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202412942
摘要

Abstract M–N–C catalysts with nitrogen‐coordinated metal single‐atom active sites have demonstrated high activity for hydrogen storage materials, but their stability in this application remains uncertain. This study addresses this issue by using nickel phthalocyanine (NiPc) molecules on MgH₂ particles as a model system. It is found that the N‐coordinated high‐valence Ni single atoms in the NiN₄ active site are unstable in the reducing environment of hydrogen storage, spontaneously evolving into zero‐valence Ni, forming a Ni₁‐Mg single‐atom alloy (SAA). The Ni₁‐Mg SAA exhibits remarkable stability in catalyzing Mg hydrogen storage reactions. Furthermore, it demonstrates comprehensive catalytic activity for each step of hydrogen absorption and desorption from Mg, surpassing the efficiency of the NiN₄ active site, especially in the critical steps of hydrogenation and dehydrogenation. Overall, the catalytic performance of Ni₁‐Mg SAA is superior to most known nickel‐based catalysts. This evolutionary process is also observed in FePc, CoPc, and tetraphenylporphyrin nickel (Ni‐TPP), suggesting that this reducing transformation is a universal phenomenon for MN₄‐type active sites in hydrogen storage catalysis.
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