青科大王磊AEM：Fe, P-DAS@MPC实现高效ORR

由氮配位过渡金属（TM-N-C）组成的单原子催化剂（SACs）在氧还原反应（ORR）中具有优异的性能，但涉及多个中间体的反应，单原子位点无法优化所有中间体的吸附。

基于此，青岛科技大学王磊教授（通讯作者）等人报道了一种在多模态多孔碳（MPC）中构建Fe, P双原子位点（Fe, P-DAS@MPC）的策略，并证明了其可协同提高ORR性能。Fe, P-DAS@MPC表现出良好的ORR性能，其起始电位（E_onset=1.02 V）和半波电位（E_1/2=0.92 V）都为正。

此外，基于Fe, P-DAS@MPC的Zn-空气电池具有230 mW cm⁻²的峰值功率密度和超过500 h的恒流循环稳定性。

通过DFT计算，作者研究了原子分布的Fe和P原子的反应机理和协同催化作用。作者构建了不同的Fe-P双原子位点构型，P原子与不同数量的N原子配位，优化了Fe-P双原子位点的代表性原子构型的形成能。其中，能量上最有利的构型包括FeN₃-PC₂N、FeN₃-PCN₂和FeN₃-PN₃双原子位点。

此外，作者还构建了具有单个核FeN₄位点的Fe SAs的原子构型作为比较模型。P原子容易强烈吸附O原子，因此优化了ORR中间体在O*预吸附的FeN₃-PC₂N、FeN₃-PCN₂和FeN₃-PN₃表面的吸附构型。

鉴于P位点上O*的去除在能量上不利，假设Fe位点是ORR中间体（OOH*、O*和OH*）的潜在位点。当O原子整合到P位时，ORR中间体通过第二配位球中的不同氢键网络吸附在双原子位点上。

需注意，在活性位点的支架中加入O原子，通过第二球氢键相互作用来增强催化反应。优化后的计算模型表明，在双原子位点下，P位点和Fe位点之间存在适当的氢键基团的协同催化作用。

Promoting Oxygen Reduction Reaction on Atomically Dispersed Fe Sites via Establishing Hydrogen Bonding with the Neighboring P Atoms. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203611.

https://doi.org/10.1002/aenm.202203611.

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