Regulering af atomart Fe-Rh-stedafstand for effektiv oxygenreduktionsreaktion

I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science China Chemistry , designer og undersøger forfatterne systematisk virkningen af ​​Fe-Rh-atomkatalysatorer på stedets afstand (Fe-Rh_x @NC) understøttet af N-doteret grafen til ORR ved en integreret teoretisk og eksperimentel tilgang.

Ved at bruge elektrostatisk potentiale (ESP) og Bader-ladningsanalyse forudsiger teoretiske beregninger, at site-distance-effekten ændrer den katalytiske, elektroniske struktur af forskellige Fe-Rh-atomare site-afstande (d_Fe-Rh ), der optimerer katalysatorens adsorptionsstyrke.

Derfor, motiveret af disse teoretiske beregninger, designede forfatterne Fe-Rh_x @NC katalysatorer gennem en rumlig indeslutningsstrategi og syntetiserede Fe-Rh_x @NC-katalysatorer med forskellige d_Fe-Rh .

TEM (HAADF-STEM) scanningsbilleder med høj vinkel toroidalt mørkt felt demonstrerer yderligere den vellykkede syntese af katalysatorer ved forskellige Fe-Rh atomafstande. Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og røntgenabsorptionsspektroskopi (XAS) viste effekten af ​​stedafstand på styrken af ​​interaktionen mellem Fe og Rh.

Fe-Rh₂ @NC har den optimale atomafstand til at give det mest positive startpotentiale (E_onset ) og et halvbølgepotentiale (E_1/2 ) på 1,01 og 0,91 V vs. RHE sammenlignet med Fe-Rh₁ @NC (0,96 og 0,88 V) og Fe@NC (0,96 og 0,87 V), endda højere end kommerciel Pt/C (0,98 og 0,86 V).

Density functional theory (DFT) beregninger afslører, at Fe-Rh₂ @NC kan interagere med O₂ moderat, med passende adsorptionsenergi, befordrende for at fremme den kinetiske proces af ORR. Sammenlignet med Fe@NC, Fe-Rh₂ @NC-katalysator har en højere projiceret tilstandsdensitet nær Fermi-niveauet, hvilket indikerer, at Fe-Rh₂ @NC bimetallisk katalysator har stærkere elektronoverførselsevne og højere katalytisk ydeevne.

Associeret forsker Ding Tao og professor Yao Tao, University of Science and Technology of China ledede denne undersøgelse. Eksperimenterne blev udført ved hjælp af tæthedsfunktionel teoriberegning og synkrotronstrålingskarakteriseringsteknikker.

Flere oplysninger: Tong Liu et al., Regulating atomic Fe-Rh site distance for effektiv oxygenreduktionsreaktion, Science China Chemistry (2024). DOI:10.1007/s11426-023-1889-6

Leveret af Science China Press