JACS：高分子辅助策略立大功！高密度钴单原子催化剂强化析氧反应活性

电催化水分解提供了一种有效的制氢方法，但阳极氧析出反应(OER)消耗了90%的能量，阻碍了该方法的发展。近年来，贵金属(Ir、Ru等)基单原子(SAC)催化剂与3d过渡金属氧化物相结合，在OER中表现出良好的性能。

然而，贵金属的稀缺性和高昂的价格限制了其在工业中的应用。含有M−N_x−C的过渡金属基SAC嵌入氮(N)掺杂的碳质支架中，正在成为热/电催化贵金属催化剂的替代品。然而，使用C−N前驱体和金属盐高温合成M−N_x−C SAC的单原子密度较低(1.0-1.5%)，而金属含量的进一步增加会导致团聚，限制了催化剂的性能。

基于此，卡尔加里大学Md Golam Kibria、胡劲光和Pawan Kumar等报道了一种高分子辅助的SAC合成方法，通过钴酞菁四聚体(CoPc)和蜜勒胺(CoMM)的缩合，使密集填充的Co SAC (10.6 wt%，3.18 at%)包埋在富含吡啶-N的碳质框架中。

蜜勒胺的C₆N₇单元和CoPc的直接融合产生了高密度的Co SA位点，并且其稳定在富含N的共轭碳质框架中，在电催化过程中促进了电荷传输。基于同步加速器的WAXS消除了任何亚纳米聚类的发生，同时散射数据的拟合证实了在碳质支架上嵌入的吡啶Co−N₄位点。

实验结果表明，分离的Co中心促进高效率和稳定(> 300小时)电催化OER过程，并且由于金属-载体协同作用，催化剂在1.65 V下的质量活性/TOF达到2209 mA mg_Co⁻¹/0.37 s⁻¹。

为了评估吡啶位点是否提供最高的OER性能，研究人员将其与吡咯位点进行比较。实验结果和理论计算表明，与吡咯结构相比，M−OH吸附在吡啶结构中更有利，并且合成的富吡咯-N催化剂(CoGML，CoCML和CoCMM)含有较低的Co含量或金属Co NPs，因此表现出较差的性能。

PDOS结果表明，与吡啶模型相比，吡咯结构上含氧吸附质与Co之间具有更强的键合作用，且具有更接近费米能级的d带中心；Bader电荷分析和RDS中*OH和*O中间体的电荷密度差图表明，吡咯结构增强了*OH从钴到氧的电子转移，并且吡啶和吡咯结构上*O的电子转移相似。

总的来说，该项工作所提出的合成策略对合理设计高浓度SA电催化剂以取代贵金属催化剂具有一定的启发作用。

High-Density Cobalt Single-Atom Catalysts for Enhanced Oxygen Evolution Reaction. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c00537

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/08/e4e5c2dc61/

​JACS：高分子辅助策略立大功！高密度钴单原子催化剂强化析氧反应活性

相关推荐

发表回复

JACS：高分子辅助策略立大功！高密度钴单原子催化剂强化析氧反应活性