Forskere identificerer elektroniske og strukturelle dynamikker i katalytiske centre i enkelt-Fe-atomer

Single-atom catalyst (SAC) er en konceptuel bro mellem homo- og heterogen katalyse. Det giver nye muligheder for at fange reaktionsmellemprodukterne ved at identificere de aktive steder, og endda overvågning af den dynamiske adfærd af både den geometriske struktur og det elektroniske miljø af de katalytiske steder på atomær skala.

Både udforskningen af ​​model-SAC'er med et bestemt mikromiljø og udviklingen af ​​nye operandoteknikker med høj atomopløsning er væsentlige, men stadig udfordrende.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Huang Yanqiang og prof. Zhang Tao fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere rapporterede deres resultater om elektroniske og strukturelle dynamikker i katalytiske centre i enkelt-Fe-atomer materialer under betingelser for in situ oxygenreduktionsreaktion (ORR).

Undersøgelsen blev offentliggjort i Chem den 20. nov.

Forskerne syntetiserede enkelt-Fe-atom-katalysatorer med velkontrolleret stedtæthed og bestemt N-koordinationsmiljø via en opløsningsmiddelassisteret linkerudvekslingsmetode (SALE). De brugte det som modelsystem til elektronisk forståelse af ORR-mekanismen.

"Vi udviklede Operando Mossbauer-spektroskopi for første gang for at identificere de nøjagtige strukturer og spin-tilstand af aktive atomisk dispergerede Fe-dele under ORR, " sagde prof. Huang.

Ved at kombinere med operando Raman og røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) målinger, samt density functional theory (DFT) undersøgelser, forskerne beviste, at de potentielt relevante strukturelle og elektroniske udviklinger af de aktive enkelt-Fe-atomdele var via direkte indfangning af *O ₂ - og *OH-mellemprodukter under ORR-betingelser.

Disse resultater gav et proof of concept for integration af operandoteknikker og SAC'er, som kan lede vejen mod indsigt på elektronisk niveau i de katalytiske centre og reaktionsmekanismen.