韩磊/王双印/李丽娜Angew.：FeMnac/Mn-N4C实现高效ORR

2022年12月13日上午10:08 • 顶刊解读

利用原子团簇调控单原子金属位点的电子分布，是一种提高其固有氧还原反应（ORR）活性的有效策略。

基于此，湖南大学韩磊教授和王双印教授、中科院上海高等研究院李丽娜研究员（共同通讯作者）等人报道了通过结合后吸附和二次热解，构建了单原子团簇状Mn位点，得到FeMn_ac/Mn-N₄C催化剂。

实验测试发现，FeMn_ac/Mn-N₄C催化剂表现出优异的ORR活性，在0.5 M H₂SO₄中半波电位为0.79 V，在0.1 M KOH中半波电位为0.90 V，以及优异的Zn-空气电池性能。

为进一步揭示Mn单原子和FeMn原子团簇对FeMn_ac/Mn-N₄C催化剂ORR活性的协同作用，DFT计算，深入研究了反应中间体的结合能和对应的能垒。

作者构建了石墨烯负载Mn单原子（Mn-N₅C）、Fe单原子（Fe-N₅C）和FeMn原子团簇/Mn单原子（FeMn_ac/Mn-N₄C）的三个理想结构模型。

作者提出了带有碱的FeMn_ac/Mn-N₄C的ORR工艺。在零电极电势（U=0 V）下，上述三个模型在ORR过程中都出现了下坡自由能路径，表明所有电子转移步骤都具有一致的自发放热过程。

值得注意的是，在将电势增加到平衡电势（U=1.23 V）时，出现了几种吸热ORR途径。第二个ORR步骤（*OOH + e^–+ H⁺ → *OH + H₂O）是上升的，并且被认为是吸热过程，表明O-O键的断裂和*OH的形成是缓慢的。

相反，FeMn_ac/Mn-N₄C中FeMn原子团簇辅助的Mn位点可以促进O-O键断裂过程，从而优化含氧中间体的解离，促进四-电子氧还原。

Decorating Single-Atomic Mn Sites with FeMn Clusters to Boost Oxygen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202214988.

https://doi.org/10.1002/anie.202214988.

韩磊/王双印/李丽娜Angew.：FeMnac/Mn-N4C实现高效ORR

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