北京化工大学考研，北京化工大学考研分数线
开发高性能、低成本的非贵金属基电催化剂对提高氧还原反应(ORR)催化活性具有重要意义。与目前常用的单原子催化剂(SAC)相比，双原子催化剂(DAC)由于双原子位点的协同作用而具有更好的催化性能，然而目前DAC设计的精确指导和双位点催化协同作用机制的深入揭示仍显不足。
近日，北京化工大学王世涛团队合成了含有FeN4和CuN4双活性位点的原子分散FeCu-NC催化剂，并通过高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和X射线吸收光谱进行了鉴定。此外，运用密度泛函理论(DFT)方法揭示出了CuN4物种取代FeN4物种的相邻碳环境所产生的应变效应，这可以有效地调整电子结构，减少OH*对FeN4物种的吸附，从而提高ORR的催化活性和动力学过程。
团队首先合成了FeCu-NC催化剂，为了优化铁铜基催化剂的ORR性能，设计了一系列的对照实验，包括不同的Fe/ Cu摩尔比、碳化次数和碳化温度。同时，还制备了Fe-NC, Cu-NC and NC催化剂作为对比。紧接着，通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段证实其结构特征。
电化学测试表明合成的FeCu-NC半波电位为0.882 V，在碱性介质中比Pt/C催化剂高近40 mV，比Fe-NC SAC高24 mV。以FeCu-NC为阴极催化剂组装的氢氧交换膜燃料电池的峰值功率密度为0.91 W·cm-2，比Fe-NC (0.76 W·cm-2)提高了约21%。
DFT计算了样品催化ORR的吉布斯自由能，研究发现单独存在FeN4时的速率决定步骤(RDS)为OH*→H2O，因为FeN4对OH*的强吸附阻碍了最后的电子转移。而引入CuN4后，由于CuN4位点取代FeN4位点的相邻碳环境所产生的应变效应，减弱了FeN4-CuN4结构对OH*的吸附能力，这导致FeCu-NC的RDS变成O*→OH*。
本研究为ORR的双原子位点协同催化提供了新的思路。
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722026043?via%3Dihub#!
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