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最新Angew.丨北大侯仰龙教授等人新成果

来源：时间：2023-11-16 09:55:55 浏览：464次

第一作者：Jing Zhang

通讯作者：侯仰龙教授、Jing Wang、Yufeng Zhao

通讯单位：北京大学、燕山大学、上海大学

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202314303

研究背景

具有金属-氮-碳（M-N-C）构型的过渡金属单原子电催化剂（SACs）在析氧反应（OER）中表现出巨大的潜力，在OER中，必须允许自旋依赖的电子沿着反应物（OH^-/H₂O，单重态）和生成物（O₂，三重态）转移。因此，调制M-N-C中的自旋构型来增强自旋敏感OER能量学是必要的，但还是一个重大的挑战。基于此，北京大学侯仰龙教授等人报道了通过在Fe-N-C结构中引入主族元素（Mg），引起了局域场畸变导致的中低自旋跃迁，并解析了OER活性增强的来源。

文章要点

1、研究发现，Mg的参与具有双重影响：1）离子半径的不匹配（r_Mg2+=7.2 Å，r_Fe2+=6.1 Å）导致局部晶体场畸变，使Fe d_z2的能级升高，激发了IS到LS跃迁。由于LS态形成的键序较小，减轻了ΔG_*O的作用；2）Mg位点对*OH和*OOH中间体表现出与Fe相似的键相互作用，导致它们具有双位点吸附构型，有助于保持ΔG_*OOH和ΔG_*OH的亲和力。

2、测试发现，所制备的Mg/Fe-N-C催化剂表现出优异的OER性能，在电流密度为10 mA cm^-2下过电位为224 mV，Tafel斜率为51.74 mV dec^-1，优于原子分散催化剂。此外，以Mg/Fe-N-C为阳极催化剂的组装双电极系统在10 mA cm^-2下的电解电压仅为1.542 V，具有优异的OER活性，超过了商业基准催化剂，并优于目前最先进的过渡金属SACs。

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