​格里菲斯大学/上海理工Angew:Co-N/GFs实现高选择性双电子ORR

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具有高效率和高选择性的电催化剂,对于高性能、低成本和可持续的储能应用是至关重要的。


基于此,澳大利亚格里菲斯大学张山青教授和上海理工大学Yuhai Dou(共同通讯作者)等人报道了他们系统地研究了碳负载单原子催化剂(SACs)对氧还原反应(ORR)路径(双电子,2e-或四电子,4e-)的边缘效应,得出了2e--ORR在边缘托管Co-N4原子位点上进行比在基面托管Co-N4原子位点上进行更有利的结论。
作者合成了具有不同边体积比的Co-SACs,制备的富边缘Co-N/HPC催化剂表现出优异的2e--ORR性能,在较宽的电位范围内具有~95%的选择性。
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作者进行了DFT计算,从理论上研究ORR的反应能量与锚定位点的局部几何结构之间的相关性。基于单层石墨烯缺陷位点上的锚定位置,构建了五种类型的Co-N4构型,包括基面承载的Co-N4/G(位于石墨烯基面中)、边缘承载的Co-N4/ACG(位于在石墨烯扶手椅边缘之间)、Co-N4/AC边缘(位于石墨烯扶手椅边缘旁边)、Co-N4/ZZG(位于石墨烯之字形边缘之间)和Co-N/ZZ边缘(位于石墨石墨烯之形边缘旁边)。
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SACs的热力学稳定性很大程度上取决于主体材料中的锚定位点及其与配位不饱和金属原子的相互作用,因此通过计算Co原子嵌入N掺杂石墨烯基体时的能量变化,以比较构建的Co-N4构型的形成能量。Co-N4/ACG、Co-N4/AC边缘、Co-N6/ZZG和Co-N4/ZZ边缘的计算形成能低于Co-N4/G,表明Co原子倾向于通过形成Co-N键而被限制在边缘位置。
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Edge-hosted Atomic Co-N4 Sites on Hierarchical Porous Carbon for Highly Selective Two-electron Oxygen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202213296.
https://doi.org/10.1002/anie.202213296.




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