中石油（华东）潘原AFM：NiCo DASs/N-C助力电催化ORR和HER

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本文报道了一种Ni/Co DASs的邻近电子效应（PEE）

中石油（华东）潘原AFM：NiCo DASs/N-C助力电催化ORR和HER
调制效应显示出提高单原子催化剂（SAcs）性能的潜力，但对孤立双原子位点（DASs）的这种效应的深入研究仍然是一个巨大的挑战。
基于此，中国石油大学（华东）潘原副教授（通讯作者）等人报道了一种Ni/Co DASs的邻近电子效应（PEE），其锚定在N掺杂碳（N-C）基底（NiCo DAS/N-C）中，用于协同促进电催化氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）。
得益于由四个氮（Ni-N4）基团锚定的相邻Ni的PEE，NiCo DAS/N-C催化剂表现出优异的ORR和HER活性。
中石油（华东）潘原AFM：NiCo DASs/N-C助力电催化ORR和HER
DFT计算吉布斯自由能（ΔG）图，研究相邻Ni-N4基团对ORR活性的影响。在Ni-N4/Co-N4体系中，O2在Ni-N4位点和Co-N4位点对应的吸附能（ΔEads）分别为-0.067和-0.551 eV，表明O2在Co-N4位点的吸附比在Ni-N4位点更稳定。
OOH*倾向于在NiN4（2e−过程）被质子化并形成H2O2，而OOH*的O-O键断裂成O*（4e−过程）更容易发生在CoN4。
因此，Co-N4位点被认为是NiCo DASs/N-C的唯一活性位点，而Ni-N4位点不是活性中心。
中石油（华东）潘原AFM：NiCo DASs/N-C助力电催化ORR和HER
在Ni-N4/Co-N4体系中，Co-N4和Ni-N4位点对应的过电位表明，Ni-N4/Co-N4体系中Co位在ORR过程中具有最低的理论过电位，其速率决定步骤为OH*的解吸。
Bader电荷计算表明，Co原子在单个Co-N4和Ni-N4/Co-N4基底上损失了0.870和0.848 e−，Ni原子在单个Ni-N4和Ni-N4/Co-N4基底上损失了0.851和0.838 e−。当OH*吸附发生时，Co位点失去更多的电子，分别为1.106和1.082 e−。
因此，在Ni-N4/Co-N4体系中OH*的吸附较弱，相邻的Ni-N4基团可以明显优化邻近Co-N4活性中心对OH*的吸附。
中石油（华东）潘原AFM：NiCo DASs/N-C助力电催化ORR和HER
Proximity Electronic Effect of Ni/Co Diatomic Sites for Synergistic Promotion of Electrocatalytic Oxygen Reduction and Hydrogen Evolution. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202210867.
https://doi.org/10.1002/adfm.202210867.

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