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忻獲麟/王菲/劉輝AFM：通過硼和氮雙配位調(diào)節(jié)單原子鎳的電子結(jié)構(gòu)促進(jìn)氧還原反應(yīng)

碳載體上含氮配位的3D過渡金屬單原子催化劑是一種很有前途的氧還原反應(yīng)（ORR）電催化劑。然而，準(zhǔn)確地調(diào)控單原子金屬位點(diǎn)的配位結(jié)構(gòu)并確定幾何/電子結(jié)構(gòu)與ORR活性之間的關(guān)系仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

基于此，加州大學(xué)忻獲麟教授，河北工業(yè)大學(xué)王菲研究員，劉輝副教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種新型的具有硼和氮雙配位的碳負(fù)載單原子鎳催化劑（Ni-B/N-C），相對(duì)于原始的Ni-N-C催化劑具有更優(yōu)異的ORR活性。

本文通過DFT計(jì)算從原子水平上探討了Ni-B/N-C電催化劑具有優(yōu)異的ORR活性的原因。計(jì)算結(jié)果表明，引入B后Ni中心的電荷密度增加，而ΔG_O*隨Ni中心Bader電荷的增加而減小。這表明Ni-B₁N₃與吸附O*的結(jié)合比Ni-N₄更強(qiáng)，可能具有更好的ORR催化活性。

投影態(tài)密度圖（PDOS）表明，σ鍵來源于Ni 3dz²和O 2pz軌道的重疊。與Ni-N-C相比，Ni-B/N-C在費(fèi)米能級(jí)以下有較少的σ*反鍵電子填充，這意味著Ni中心與吸附的O之間有很強(qiáng)的耦合。Ni-B/N-C中較負(fù)的晶體軌道重疊布居積分值（ICOOP）表明Ni與O之間的成鍵比在Ni-N-C中更強(qiáng)。ORR的吉布斯自由能圖表明，引入B后過電位從1.81降低到0.92 V。因此，Ni-B₁N₃的局部配位環(huán)境有利于提高Ni-B/N-C催化劑的ORR活性。

Modulating Electronic Structure of Atomically Dispersed Nickel Sites through Boron and Nitrogen Dual Coordination Boosts Oxygen Reduction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213863.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213863.

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/12/6eee81abed/

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